解析采礦工程巷道掘進和支護應(yīng)用

張余慶

(山西陽城陽泰集團晶鑫煤業(yè)股份有限公司，山西 晉城 048100)

在采礦中，掘進、支護每個流程間的相互配合，可降低采礦中安全事故的發(fā)生率，提高礦山生產(chǎn)效率。巷道施工在采礦中所占比例較大，在裝備技術(shù)快速發(fā)展的今天，為維護巷道施工安全，掌握掘進和支護技術(shù)的要點是非常必要的。

1 常見的采礦掘進方式

1.1 機械化掘進

機械化掘進是一個綜合且復(fù)雜的環(huán)節(jié)，其是由很多機械設(shè)備共同運作來實現(xiàn)的，如懸臂式掘進機、運輸機、鉆機、通風(fēng)設(shè)備、電力設(shè)備等。其中以懸臂式掘進機最為重要，其工作效率的高低，將直接決定掘進作業(yè)效果的好壞?，F(xiàn)階段該設(shè)備技術(shù)能夠滿足采礦掘進作業(yè)的要求[1]。

1.2 拋錨一體化掘進

拋錨一體化掘進是在錨桿支護技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新型掘進方式，其將掘進與支護兩者有效結(jié)合起來，可以在縮短掘進作業(yè)時間的基礎(chǔ)上，確保掘進工作的安全，防止巷道施工中危險的發(fā)生。

2 巷道掘進施工要點

2.1 做好瓦斯排放工作

巷道掘進施工中除要注重施工效率外，安全也是重要內(nèi)容。在巷道掘進施工中，瓦斯是最常出現(xiàn)的氣體，工作人員需做好瓦斯排放工作，減少瓦斯的過多堆積，避免安全事故的發(fā)生。在瓦斯排放中，首先要確保通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置的科學(xué)性，使瓦斯氣體能夠及時有效的排放出去，降低巷道內(nèi)瓦斯的堆積量；其次要求工作人員及時對瓦斯含量實行檢測，保證濃度參數(shù)在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，一旦出現(xiàn)問題，要及時采取措施加以解決。

2.2 通風(fēng)防塵

通風(fēng)防塵與瓦斯排放的目的是一致的，都是為改善巷道掘進施工環(huán)境，減少有害氣體對人體的危害。在巷道掘進施工中，如果防塵工作不到位，施工人員在長時間較為惡劣的環(huán)境下工作，其身體機能會受到嚴(yán)重損害，這不僅會降低工作質(zhì)量，還會因為身體原因而導(dǎo)致工作失誤的增多，增加巷道掘進施工的危險性[2]。在通風(fēng)防塵中，需要注意的重點內(nèi)容有：一方面要對巷道內(nèi)的風(fēng)壓及風(fēng)量實行分析和掌握，合理選擇風(fēng)機，控制風(fēng)機使用量。另一方面在設(shè)備作業(yè)前，需對其性能進行測試，從而確保其滿足通風(fēng)防塵要求。

2.3 明確技術(shù)要點

工作人員應(yīng)嚴(yán)格對自身的要求，要在了解現(xiàn)有掘進技術(shù)的基礎(chǔ)上，掌握更多先進技術(shù)要點，且根據(jù)工程實際要求，增大先進技術(shù)的利用率，參照現(xiàn)場環(huán)境進行科學(xué)分析，注重掘進技術(shù)使用的科學(xué)性、合理性。

3 巷道支護技術(shù)

3.1 臨時性支護技術(shù)

臨時支護是在巷道需要臨時支撐時，利用一些材料和設(shè)備增大巷道承載力的一種方式，其對支撐材料、應(yīng)力劃分有著明確要求，在實際施工作業(yè)中，應(yīng)加大重視。如巷道掘進中，某掘進面出現(xiàn)落煤現(xiàn)象，則工作人員可根據(jù)現(xiàn)場實際情況設(shè)置臨時支護，如可利用吊環(huán)實現(xiàn)后側(cè)錨桿與前探梁的連接，設(shè)置護頂網(wǎng)，之后再使用錨桿支護來增大支撐力，以降低落煤對施工作業(yè)的影響，保障作業(yè)安全。

3.2 永久性支護

永久性支護方式可分為三種，錨桿支護、鋼筋混凝土支護和混凝土支護[3]。下文就將對這三種方式再實際應(yīng)用中的注意事項予以說明。

3.2.1 錨桿支護技術(shù)

一是工作人員需要詳細計算錨桿的抗拉和抗剪作用力，優(yōu)化錨桿性能；二是結(jié)合現(xiàn)場實際情況確定錨桿各項參數(shù)的準(zhǔn)確性，避免支護變形等問題的產(chǎn)生；三是做好檢測工作，及時修正錨桿支護設(shè)計中的問題。

3.2.2 鋼筋混凝土支護技術(shù)

鋼筋混凝土支護技術(shù)可增大支護強度，降低支護成本，不過由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗伸縮能力不足，所以在實際作業(yè)中，很容易引發(fā)質(zhì)量問題。這就要求工作人員在設(shè)計過程中，對支護結(jié)構(gòu)間距及固定點位置予以科學(xué)計算，確保支護結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性，強化加固效果。

3.2.3 混凝土支護技術(shù)

首先，增強混凝土配設(shè)設(shè)備配置的合理性，為支護合理性提供保障。其次嚴(yán)格按照設(shè)計要求開展支護施工作業(yè)，注重構(gòu)件安裝的科學(xué)性，做好細節(jié)處理。最后，增大金屬網(wǎng)的強度，提升支護等級。

4 實際案例

以某礦區(qū)輔助軌道巷的布置為例，巷道開口為主標(biāo)高，約在-640 m左右，煤層平均傾斜角度為17°，巷道長度約在257 m。整個巷道斷面以梯形結(jié)構(gòu)為主，部分地段存在復(fù)合頂板結(jié)構(gòu)，厚度約在0.5 m～1 m。巷道以泥巖結(jié)構(gòu)為主，上部砂質(zhì)泥巖間夾煤線，頂板易出現(xiàn)垮落問題。

4.1 掘進與支護難度

在掘進中，本項目原設(shè)計采用綜掘機割煤的方式進行，采用循環(huán)進刀方式施工，循環(huán)進尺需在1 600 mm左右，不過結(jié)合現(xiàn)場實際情況來看，采用這種方式時，因掘進時壓力的不斷增大，頂板巖層很容易出現(xiàn)垮落，造成巖層脫落，不利于巷道的形成。在臨時支護作業(yè)中，如果采用輕型單體液壓支柱，則很容易因頂板松軟破碎的影響，導(dǎo)致掘進作業(yè)中周圍巖體出現(xiàn)較大變動，降低臨時支護力，增大危險系數(shù)[4]。

在永久支護中，由于頂板以泥巖結(jié)構(gòu)為主，穩(wěn)定性較低、厚度較大，很容易在永久支護還未結(jié)束時，就出現(xiàn)頂板脫落和頂板離層等問題，兩幫移近量相對較大，底鼓問題嚴(yán)重，這不僅增加了永久支護難度，還造成了較大的成本損失。鑒于此，本項目在掘進和支護中，采用短掘短支+掘進機超前支護+優(yōu)化支護設(shè)計的設(shè)計方案。

4.2 掘進與支護施工方案

4.2.1 掘進施工

在巷道掘進施工中，選用了EBZ-132型掘進機以短掘短支的施工方式開展施工作業(yè)，將原來的循環(huán)進尺從1 600 mm降到800 mm。在切割過程中，保證左右?guī)皖A(yù)留出200 mm左右的煤層厚度，以免破壞頂板結(jié)構(gòu)質(zhì)量，導(dǎo)致頂板破碎、離層、錨定等問題的產(chǎn)生。另外，在施工階段，要利用人工風(fēng)鎬提高巷道成形率。掘進作業(yè)流程為：前期準(zhǔn)備→瓦斯檢查→掘進機安裝、運輸-退機、截割頭、鏟板居中落地→敲幫問頂→臨時支護→永久支護。

4.2.2 臨時支護

針對存在的頂板垮落及片幫問題，工作人員應(yīng)借助掘進機記載超前支護，對原有支護方案實行優(yōu)化和調(diào)整，具體內(nèi)容為：首先，在綜掘機切割部位設(shè)定主架和頂梁架，利用液壓傳動手柄對其實行控制。在頂梁架上對鋼帶及網(wǎng)片的間距予以調(diào)整，并利用支護裝置自帶的磁鐵裝置完成固定。在實際操作中，推動臨時支護裝置主架和頂梁架液壓控制手柄，主架和頂梁架由拆合狀態(tài)慢慢平穩(wěn)打開，根據(jù)頂板前后、左右傾斜角度，展開到所需要的角度和位置，最后升主架[5]。

其次，支護主架在上升區(qū)間內(nèi)，需要對主架與頂梁架的液壓控制手柄進行調(diào)整，確保頂梁架中心線與巷道中心線重合，加強鋼帶與網(wǎng)片與頂板的連接效果。最后再施工頂板錨桿，打注頂板錨桿后，先將主架下降到最低位置，再折合主架和頂梁架，合到頂梁架橫在掘進機上為止，將操作閥打到掘進機位置，使掘進機正常工作，之后再開展下一循環(huán)掘進。

4.2.3 錨網(wǎng)索耦合支護

工作人員要先了解頂板與幫補破壞情況，計算得出準(zhǔn)確數(shù)值，選擇科學(xué)合理的支護方式。在參數(shù)計算中，可利用彈塑性計算方法確定頂板與幫補的破壞深度。本項目中，幫補的破壞單位在1.34 m左右，頂板的破壞范圍在2.1 m左右。巷道內(nèi)最大塑性圈半徑約2.2 m，頂部松動圈范圍約1.08 m。另外，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，將錨桿的初步長度設(shè)定在2 200 mm左右，為增強其穩(wěn)固性，對擠壓加固帶的厚度也實行了計算，確定其在550 mm～680 mm。且需要在應(yīng)力集中關(guān)鍵部位施加錨索加強支護，以增大圍堰強度。

綜合上述參數(shù)數(shù)據(jù)，選用錨網(wǎng)帶聯(lián)合支護、錨網(wǎng)索加強支護的方式，使用的材料為Φ20 mm×2 200 mm高強錨桿+金屬網(wǎng)+4 m長M鋼帶和Φ18 mm×2 200 mm高強錨桿+金屬網(wǎng)+M鋼帶，對頂板和兩幫予以支護施工。錨桿間距分別為750 mm×800 mm、800 mm×800 mm，金屬網(wǎng)為1 000 mm×2 200 mm，網(wǎng)格70 mm×70 mm。錨索加固中，選用了Φ18.9 mm×6 300 mm鋼絞線為主要材料，間排距為1 300 mm×1 500 mm。

4.3 施工效果

短掘短支施工工藝可改進巷道施工質(zhì)量，減少原先存在的片幫樓頂問題。同時臨時支護的設(shè)置，增強了頂板巖層的穩(wěn)定性，防止了離層、冒頂問題的產(chǎn)生。在永久支護中，通過分階段監(jiān)測的方式，可對最終支護效果予以了解，巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性隨著時間的推移逐漸加強，雖然仍存在較小的變形隱患，但不影響復(fù)合巷道的質(zhì)量，整體效果良好。

5 結(jié)語

為保證采礦工程的施工質(zhì)量和安全，加強巷道穩(wěn)定性，相關(guān)部門需加大對掘進與支護的研究力度，不斷更新施工技術(shù)，以此增大作業(yè)安全系數(shù)，推動采礦作業(yè)的順利完工。