煤礦掘進(jìn)工作面臨時(shí)支護(hù)問題研究

席沁波

(山西晉煤集團(tuán)晉圣永安宏泰煤業(yè)，山西 沁水 048205)

引言

在煤礦巷道的掘進(jìn)作業(yè)中，當(dāng)巷道成型之后就會(huì)打破圍巖原本的應(yīng)力平衡狀態(tài)，從而讓圍巖處于一個(gè)不穩(wěn)定的狀態(tài)。想要對(duì)巷道做永久的支護(hù)，必須要先進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，這一環(huán)節(jié)的存在意義是避免巷道圍巖因?yàn)椴环€(wěn)定而發(fā)生頂板的冒落，避免傷人等意外事故，從而最大程度的保護(hù)施工人員人身安全。

一、對(duì)煤礦掘進(jìn)工作面支護(hù)進(jìn)行的闡述

對(duì)于煤礦掘進(jìn)工作面支護(hù)而言，它在煤礦的安全生產(chǎn)中發(fā)揮著極為重要的作用，所以一定要科學(xué)合理的進(jìn)行煤礦掘進(jìn)工作面支護(hù)的解讀以及分析。當(dāng)前，在對(duì)煤礦掘進(jìn)工作面進(jìn)行支護(hù)時(shí)通常會(huì)改變周圍圍巖應(yīng)力的狀態(tài)，從而讓周圍圍巖內(nèi)部的應(yīng)力發(fā)生二次分布，進(jìn)而讓圍巖出現(xiàn)變形以及運(yùn)動(dòng)，更有甚者還會(huì)讓掘進(jìn)工作面發(fā)生塌方等現(xiàn)象，最終對(duì)煤礦安全的生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響。由于上述情況的存在，我們可以通過科學(xué)與合理的布置一些永久以及臨時(shí)支護(hù)來進(jìn)行解決。一般情況下，在進(jìn)行永久支護(hù)之前都要先進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，最大程度的提升掘進(jìn)工作面安全的系數(shù)。對(duì)煤礦掘進(jìn)工作進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)最主要的一個(gè)目的即延緩掘進(jìn)工作面附近圍巖變形以及運(yùn)動(dòng)的速度，防止出現(xiàn)頂板的矸石意外掉落等現(xiàn)象。在實(shí)際的工作過程中，我們需要根據(jù)掘進(jìn)工作面實(shí)際的情況來選擇使用臨時(shí)還是永久支護(hù)，在某些情況下還需要適當(dāng)結(jié)合頂?shù)装寰唧w的情況還有行高的標(biāo)高，最終實(shí)現(xiàn)科學(xué)化的選擇，并為施工作業(yè)安全的展開提供最為堅(jiān)實(shí)的保障。

二、在煤礦掘進(jìn)工作面中臨時(shí)支護(hù)問題的研究

1.前探梁架棚的臨時(shí)支護(hù)

這一結(jié)構(gòu)的臨時(shí)支護(hù)示意圖見下圖1。這種臨時(shí)支護(hù)主要通過π型的鋼梁經(jīng)過加工制作成前探梁，同時(shí)搭配卡環(huán)還有U型的鋼棚頂梁來充當(dāng)臨時(shí)支護(hù)，有兩根前探梁被防止于巷道的頂部，其間距約為1.2m到1.6m，長(zhǎng)度大于等于1.2m。在施工過程中需要先把梁運(yùn)送到前探梁的位置上，同時(shí)架設(shè)U型的棚梁來作為依托，在使用木楔背將前探梁背牢，從而有效的預(yù)防空頂作業(yè)意外事故的出現(xiàn)。雖然這種臨時(shí)支護(hù)具有著諸多優(yōu)點(diǎn)，例如堅(jiān)固牢靠，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，但是因?yàn)樗陨硎莿傂圆牧显偌由享敯鍡l件等制約，導(dǎo)致出現(xiàn)了一定缺陷，主要包括有以下幾點(diǎn)：首先是控頂?shù)姆秶鄬?duì)較小，一般情況下范圍大約位于0.1m到1.0m之間，幾乎無法滿足快速掘進(jìn)的要求；其次，這種臨時(shí)支護(hù)方式嚴(yán)格來講是被動(dòng)支護(hù)，整體的支護(hù)強(qiáng)度較低，而且塑性變形的量大并且支架略顯笨重，總的勞動(dòng)量過大；最后，在繼續(xù)掘進(jìn)的過程中，施工人員可能會(huì)暴露于空頂區(qū)域，假如地質(zhì)條件不夠穩(wěn)定，那么很容易發(fā)生冒頂事故，因此這種臨時(shí)支護(hù)方式依舊存在較高的風(fēng)險(xiǎn)。

2.支柱加托梁型臨時(shí)支護(hù)

支柱加托梁型的臨時(shí)支護(hù)實(shí)際的結(jié)構(gòu)見圖2。這種臨時(shí)支護(hù)大多借助單體柱再搭配方木護(hù)定的方式來進(jìn)行作業(yè)，而單體柱主要包括以下幾部分，分別是缸筒和活柱以及把手、底座還有三用閥和復(fù)位彈簧，其中最小的高度是27000mm，最大的高度為3500mm，方木的長(zhǎng)度和寬度分別為1.2m與0.3m，當(dāng)煤巷錨網(wǎng)的支護(hù)巷道坡度不超過15°時(shí)使用這種臨時(shí)支護(hù)方式最為合適。但是這種支護(hù)仍舊存在著一定的缺陷，例如其所使用的為單體液壓支柱，整體的支柱面積較小，所以在實(shí)際的操作過程里需要不斷的進(jìn)行立柱以及升柱等操作，過程較為復(fù)雜，進(jìn)程較慢，具有著一定的局限性等。

圖1 前探梁架棚式臨時(shí)支護(hù)的結(jié)構(gòu)圖

圖2 支柱加托梁型的臨時(shí)支護(hù)實(shí)際的結(jié)構(gòu)圖

3.懸臂型掘進(jìn)機(jī)機(jī)載的臨時(shí)支護(hù)

相較于前者，懸臂型掘進(jìn)機(jī)機(jī)載的臨時(shí)支護(hù)在矩形和梯形以及拱形巷道的斷面支護(hù)中應(yīng)用較為廣泛，按照懸臂型掘進(jìn)機(jī)所具有的一系列結(jié)構(gòu)特點(diǎn)還有工作的特性，可以把當(dāng)前懸臂型掘進(jìn)機(jī)機(jī)載的臨時(shí)支護(hù)分成以下兩類：其中一種是把臨時(shí)支護(hù)安裝于掘進(jìn)機(jī)的頂部，從而讓臨時(shí)支護(hù)的裝置通過軌道來移動(dòng)至迎頭，進(jìn)而達(dá)到臨時(shí)支護(hù)的目的；而另外一種則是把臨時(shí)支護(hù)安裝與掘進(jìn)機(jī)的切割部的頂端，借助臨時(shí)支護(hù)相關(guān)設(shè)備具有的伸展還有切割部具有的升降等功能達(dá)到臨時(shí)支護(hù)的目標(biāo)。上述兩種類型都可以通過臨時(shí)支護(hù)的裝置來為頂板施加一個(gè)有效的支撐力，從而讓頂板處于一個(gè)安全且可靠的狀態(tài)，不只是確保了施工作業(yè)具有較高的安全性，而且還在一定程度上縮減了開展支護(hù)作業(yè)所需的時(shí)間。但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中，懸臂型掘進(jìn)機(jī)機(jī)載的臨時(shí)支護(hù)依舊存在著一定的問題，例如說當(dāng)遇到了頂板破碎以及不平整的問題時(shí)，極有可能會(huì)對(duì)臨時(shí)支護(hù)實(shí)際的效果造成不利影響；另外，機(jī)載的臨時(shí)支護(hù)有效的支護(hù)空間以及面積都相對(duì)較小，同時(shí)還會(huì)受到巷道斷面的影響，因此不能使掘進(jìn)巷道完成全面的支護(hù)，具有一定的局限性；除此之外，這種臨時(shí)支護(hù)使用的動(dòng)力源是液壓泵站，倘若在支護(hù)時(shí)，司機(jī)出現(xiàn)了操作失誤或者是對(duì)于頂板的初撐力沒有掌握好，那么便會(huì)導(dǎo)致液壓系統(tǒng)中的油管過載，進(jìn)而損壞管路。

4.掘錨機(jī)組的臨時(shí)支護(hù)

此類臨時(shí)支護(hù)最主要的特點(diǎn)包括有以下幾點(diǎn)，首先是使用了整體框架式的結(jié)構(gòu)，從而可以在掘進(jìn)過程里實(shí)現(xiàn)臨時(shí)支護(hù)以及永久支護(hù)完美的銜接還有過渡，而且在部分的巷道掘進(jìn)過程中，還能夠完成連續(xù)掘進(jìn)以及支護(hù)同時(shí)作業(yè)。掘錨機(jī)組的臨時(shí)支護(hù)這一裝置大多是通過液壓系統(tǒng)來進(jìn)行控制，進(jìn)而可以完成多種升降動(dòng)作還有自移行走等，最大程度的降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度。根據(jù)掘進(jìn)工作面實(shí)際的情況，來對(duì)支護(hù)強(qiáng)度做進(jìn)一步設(shè)計(jì)與優(yōu)化，對(duì)臨時(shí)支護(hù)的初撐力進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，使其可以達(dá)到掘錨機(jī)組支護(hù)以及移動(dòng)等多種要求，而且這種臨時(shí)支護(hù)裝置還可以按照具體的工作面來對(duì)臨時(shí)支護(hù)高度以及形狀等進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而可以最大限度的達(dá)到掘進(jìn)工作面作業(yè)的需求。然而，掘錨機(jī)組的臨時(shí)支護(hù)由于機(jī)組的體積較大，所以幾乎無法在小型的巷道中開展相關(guān)的作業(yè)，這也是其一個(gè)主要的缺陷。除此之外，掘錨機(jī)組的臨時(shí)支護(hù)因?yàn)閷?duì)于底板和頂板有著較高的要求，假如頂板較為松軟且極易破碎，那么這種支護(hù)裝置便很難開展作業(yè)，而且因?yàn)榧夹g(shù)以及工藝等限制，這種裝置還沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因此想要快速支護(hù)還需要不斷進(jìn)行完善，否則可能會(huì)對(duì)施工進(jìn)度產(chǎn)生影響。

結(jié)束語

總的來說，為了避免在掘進(jìn)工作面中出現(xiàn)空頂作業(yè)，進(jìn)而對(duì)頂板事故等意外事件進(jìn)行控制，最終實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，我們一定要對(duì)現(xiàn)階段的臨時(shí)支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化。通過本篇文章對(duì)各種類型的臨時(shí)支護(hù)裝置進(jìn)行的闡述可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)和掘錨機(jī)組式臨時(shí)裝置應(yīng)當(dāng)是最為正確的發(fā)展方向，所以希望未來它們可以得到更為科學(xué)以及規(guī)范化的改進(jìn)，最終讓掘進(jìn)工作面實(shí)現(xiàn)安全的生產(chǎn)。