淺談礦山開(kāi)采大斷面巷道支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

李紅旭

摘 要：近年來(lái)伴隨著我們國(guó)家礦山產(chǎn)業(yè)的興起，各項(xiàng)技術(shù)都做了完善更新，礦山通道數(shù)量也在逐漸提升，要想更好的迎合開(kāi)采和通風(fēng)的目的，對(duì)于通道的斷切面也有很大的要求，斷切面過(guò)大會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，更大的對(duì)管道內(nèi)部支護(hù)裝置產(chǎn)生重力影響。一部分專業(yè)人士在對(duì)礦山道以及斷切面的研究上做了充分的調(diào)查，來(lái)利用錨桿更好地對(duì)墻體做好支撐，增強(qiáng)錨桿的支撐度，加強(qiáng)內(nèi)部管道的穩(wěn)定度，提高安全性能。

關(guān)鍵詞：礦山開(kāi)采大斷面;巷道支護(hù);技術(shù)應(yīng)用

引 言

礦山是國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)的重要能源來(lái)源，采礦能源價(jià)格低、用途廣，是工業(yè)必須的原材料，盡管近幾年環(huán)境問(wèn)題被廣泛關(guān)注，礦山資源在國(guó)家發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位不可取代，近十年礦山開(kāi)采比例逐年增加。我國(guó)采礦資源大部分分布在地下，采用地下井開(kāi)采方式非常普遍，地下開(kāi)采難度大，且大部分處于地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜區(qū)域。為滿足產(chǎn)能不斷增加的市場(chǎng)需求，礦山巷道掘進(jìn)效率和巷道支護(hù)工程量也需要相應(yīng)增加，但巷道安全性差、工程難度大且成本高，目前，礦山采礦和掘進(jìn)機(jī)械化程度已經(jīng)超過(guò)30%，生產(chǎn)效率也獲得提升，但是數(shù)據(jù)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，采掘比例僅為1∶3，掘進(jìn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于礦采的速度，由此可見(jiàn)大斷面巷道快速掘進(jìn)技術(shù)和方法研究，對(duì)于煤炭行業(yè)快速發(fā)展具有重要意義。

1、大斷面礦山圍巖變形特點(diǎn)

斷面兩側(cè)均為礦山，管道內(nèi)壁硬度低，高度大，對(duì)于施工保護(hù)有很高的難度，主要是還會(huì)有管道開(kāi)采和挖掘的影響，管道內(nèi)部松動(dòng)和變化都很大，這就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部通道產(chǎn)生以下變化：①圍巖周圍松動(dòng)，固定點(diǎn)產(chǎn)生松動(dòng)，導(dǎo)致錨桿的固定無(wú)法保證。②周圍巖石壁變形程度嚴(yán)重，木板距離頂層距離為4厘米和6厘米之間，一般的錨桿不能達(dá)到這個(gè)高度，要依靠繩索來(lái)進(jìn)行輔助，幫助加固。③管道內(nèi)部巖石變形，會(huì)對(duì)礦山通道造成影響，特別是地勢(shì)、交錯(cuò)位置等地方都會(huì)容易出現(xiàn)問(wèn)題。所以我們常選擇10米左右的位置來(lái)設(shè)置冒頂，高度高于通道兩倍，寬度要盡可能小于。

2、礦山開(kāi)采大斷面巷道支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

2.1研究掘進(jìn)設(shè)備之間的匹配性

生產(chǎn)前，技術(shù)人員必須對(duì)掘進(jìn)設(shè)備及配套設(shè)備進(jìn)行設(shè)備匹配性技術(shù)評(píng)估，包括產(chǎn)能、故障率、參數(shù)調(diào)整、工序銜接、生產(chǎn)效率方面進(jìn)行分析計(jì)算。根據(jù)巖層硬度、地質(zhì)條件選擇合理的掘進(jìn)機(jī)械參數(shù)，根據(jù)礦藏價(jià)值和特點(diǎn)選擇經(jīng)濟(jì)性好的設(shè)備，根據(jù)礦山斷面選用合適的設(shè)備尺寸和重量?？紤]設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定新和維護(hù)性，尤其是針對(duì)易損部位，必須選用市場(chǎng)常用零部件，并配套合理的檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)工作過(guò)程的有毒有害氣體含量，預(yù)防事故的發(fā)生，配置除塵降噪等設(shè)備，為操作者作業(yè)提供良好的環(huán)境。

2.2預(yù)留變形，大斷面巷道

據(jù)了解有一些礦山是采取了大斷面預(yù)留變形的形式來(lái)應(yīng)對(duì)巷道的大變形。當(dāng)巷道圍巖移近量非常大，特別是工作面兩順槽在回采期間需進(jìn)行多次臥底，于是采用了預(yù)留變形、大斷面巷道的設(shè)計(jì)思路。巷道高度達(dá)4.2-4.6米，巷道寬度達(dá)4.8-5.0米或者更大，并預(yù)留部分底煤以便進(jìn)行臥底工作。巷道支護(hù)形式多為錨網(wǎng)（索）支護(hù)，通過(guò)加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)范圍來(lái)盡量控制巷道的變形。但由于深部礦壓非常大，巷道變形難以抵抗，故采用大斷面巷道只是在巷道變形至影響使用前將工作面推出，如工作面推進(jìn)較慢或巷道變形量太快、太大仍需對(duì)巷道進(jìn)行處理修護(hù)。在巷道初期的支護(hù)強(qiáng)度非常關(guān)鍵。所以要盡量加大巷道掘進(jìn)期間的支護(hù)強(qiáng)度。在支護(hù)參數(shù)上可采用高強(qiáng)錨桿（索），恒阻大變形錨桿及錨網(wǎng)索-桁架耦合技術(shù)等。

2.3技術(shù)質(zhì)量要求

錨索施工可以與迎頭施工同時(shí)進(jìn)行，巖石較硬，巖石層較為完整時(shí)，錨索距離迎頭為6m-8m。巖性差，頂板巖石破碎或錨桿生根在炭質(zhì)泥巖等軟巖中時(shí)，錨索必須緊跟迎頭。錨索施工時(shí)，必須保證錨索生根在穩(wěn)定巖石段不少于2m，否則必須加長(zhǎng)錨索長(zhǎng)度。錨桿外露長(zhǎng)度：露出螺母10mm-50mm;錨索露出鎖具長(zhǎng)度為300mm，允許偏差0mm--100mm。錨桿螺母扭矩力不小于140N·m，錨桿抗拔力不小于80kN/根，錨索預(yù)應(yīng)力不小于160kN/根。噴射均勻，噴漿后噴漿表面無(wú)裂縫、蜂窩、孔洞、露筋、穿裙、赤腳現(xiàn)象，基本飽滿密實(shí)，無(wú)明顯凸凹現(xiàn)象。噴漿表面平整度不大于50mm（1m?范圍內(nèi)）。

2.4采用機(jī)械化作業(yè)線使用機(jī)械化方式進(jìn)行開(kāi)采

可以選擇最新型的開(kāi)采機(jī)器進(jìn)行挖掘，新引進(jìn)的設(shè)備主要對(duì)材質(zhì)過(guò)軟或者半礦山的地形進(jìn)行開(kāi)采，運(yùn)輸，挖掘，做一系列的運(yùn)輸工作。運(yùn)輸機(jī)器以及錨桿保護(hù)裝置的工作主要是，輔助礦山通道有更好的安全性能，幫助將礦山順利運(yùn)出。通過(guò)無(wú)軌液壓進(jìn)行運(yùn)輸，方便工作人員操作，并且運(yùn)輸起來(lái)更加的便捷迅速，能夠循環(huán)利用，工作效率高，符合礦山地下復(fù)雜的情況，對(duì)于坡度過(guò)高的地形，也可以順利的進(jìn)行爬行。在工作中如遇到阻礙，還會(huì)進(jìn)行剎車，有更好的穩(wěn)定性。車的結(jié)構(gòu)主要是依靠鋼鐵焊接，有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，可以更好的承載多樣的礦山，在裝卸中有更快的工作效率。使用這樣的運(yùn)輸裝置可以更快的進(jìn)行運(yùn)輸，方便了人們工作，增強(qiáng)了工作效率，減少了資金的投入。幫助人們解決了運(yùn)輸困難，可以更快的進(jìn)行礦山的挖掘，也保護(hù)了人們的生命安全。

2.5優(yōu)化巷道支護(hù)參數(shù)減少支架保護(hù)的時(shí)間

根據(jù)相關(guān)研究表示，為了更好的進(jìn)行周圍巖石壁的保護(hù)，可以選用強(qiáng)度過(guò)高的錨桿進(jìn)行維護(hù)。例如，現(xiàn)在最適合使用鳥(niǎo)窩錨索進(jìn)行保護(hù)。具體數(shù)據(jù)如下，第1種類型為：長(zhǎng)為12米，直徑為1.524厘米。兩錨索間距為200厘米×100厘米，選擇的底層托盤為30厘米×30厘米×1厘米的圓形托盤。頂部選擇的間距為每一排三根，每一根間距一米。當(dāng)壓力逐漸降低后，可以改變錨索保護(hù)措施的尺寸長(zhǎng)度。改變后的類型為：頂部選擇高強(qiáng)度的錨桿，直徑為兩厘米，長(zhǎng)度為240厘米。錨桿選擇高強(qiáng)度的應(yīng)力，將過(guò)去間距全部調(diào)整增大200厘米。底部托盤全部換為15厘米×15厘米×0.8厘米，對(duì)于鋼帶的托盤調(diào)整為30cm×30cm×0.375cm。

2.6支護(hù)工藝優(yōu)化

礦山掘進(jìn)質(zhì)量與效率和支護(hù)互相配合和制約，巷道支護(hù)問(wèn)題相對(duì)復(fù)雜，尤其是在不同的巖層環(huán)境中，錨桿安裝后對(duì)圍巖提供顯著的軸向和橫向的支護(hù)阻力，避免巖體松動(dòng)和塑性松動(dòng)圈的增大，并恢復(fù)開(kāi)挖巖體表面的平衡受力狀態(tài)，達(dá)到圍巖穩(wěn)定的效果。目前數(shù)值分析技術(shù)已經(jīng)比較成熟，將不同的礦山斷面進(jìn)行仿真，數(shù)值仿真計(jì)算地質(zhì)材料在達(dá)到強(qiáng)度極限或屈服極限時(shí)發(fā)生破壞或塑性流動(dòng)的非線性力學(xué)行為，尤其是彈塑性分析、大變形分析及地下工程施工等領(lǐng)域均具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

2.7合理安排各工序平行作業(yè)

合理安排各個(gè)工序，首先對(duì)不同的工序分析，巷道支護(hù)工作占據(jù)快速掘進(jìn)一半以上的工時(shí)，錨桿、錨網(wǎng)等聯(lián)合支護(hù)形式技術(shù)相當(dāng)成熟，但不能和掘進(jìn)機(jī)并行工作，制約巷道綜合掘進(jìn)速度，因此采用了滯后迎頭一段距離的弱化支護(hù)技術(shù)以縮短支護(hù)時(shí)間，滯后安裝的錨桿是在掘進(jìn)機(jī)后面完成的，不耽誤掘進(jìn)機(jī)的工作，大大減少永久支護(hù)占用時(shí)間，提高了工作效率，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)備前后平行作業(yè)。

結(jié) 語(yǔ)

隨著巷道寬度的增加，巷道圍巖塑性區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，巷道兩幫的移近量變化緩慢，但頂板沉降明顯增大，最大變形出現(xiàn)在采礦層頂板中部位置，巷道寬度變化對(duì)頂板穩(wěn)定性影響較大。對(duì)于厚頂?shù)V大斷面巷道，通過(guò)采取高預(yù)應(yīng)力錨桿索支護(hù)方式并適當(dāng)提高頂板支護(hù)密度，可以對(duì)淺部圍巖施加更大壓應(yīng)力，更好的實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散，控制頂板沉降，保持錨固區(qū)圍巖穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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