興隆煤田復(fù)雜地質(zhì)條件下采煤掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)及應(yīng)用探討

趙龍海

摘 要： 煤炭開采，是社會(huì)生產(chǎn)與資源供應(yīng)的主要渠道，它具有基礎(chǔ)性、多元性等特征。隨著國(guó)內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)逐步開發(fā)，煤炭開發(fā)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用技術(shù)也在不斷的進(jìn)行更新。社會(huì)的發(fā)展，人們生活質(zhì)量的提升，國(guó)家對(duì)各項(xiàng)資源開采提出更高需求，對(duì)資源依賴性也與日俱增。然而，煤礦作為不可再生資源，隨著開采越發(fā)深入，開采難度也逐漸增大，一旦出現(xiàn)問題，極易威脅采掘人員人身安全。對(duì)此，探討了復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下煤礦采煤掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)及其應(yīng)用，以期保障煤礦開采效率與安全性。

關(guān)鍵詞： 復(fù)雜地質(zhì)條件;煤礦;采煤;掘進(jìn)支護(hù);技術(shù);應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】TP273 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.38.012

1 復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦安全生產(chǎn)影響因素

興隆煤田開采的煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，屬典型的疊瓦式構(gòu)造，具體表現(xiàn)為斷層多，裂隙多，破碎帶多的“三多”復(fù)雜條件。在煤礦采掘過程中，具有一定的安全隱患，分析其影響因素、探討應(yīng)對(duì)措施能夠提高煤礦采掘作業(yè)的可靠性與安全性。實(shí)踐表明，復(fù)雜地質(zhì)條件影響煤礦安全采掘的主要因素表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：其一，隨著長(zhǎng)時(shí)期的開采，采掘深度逐漸增大，與地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性疊加作用，致使構(gòu)建的巷道圍巖并不堅(jiān)固，若支撐強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，極易導(dǎo)致圍巖破碎，影響煤礦安全開采。其二，由于興隆煤田有大范圍地表露頭，受地表降水影響，淺部圍巖逐漸松軟，增大了開采難度與采掘的危險(xiǎn)性。其三，隨著采掘的不斷推進(jìn)，巷道圍巖強(qiáng)度也在不斷下降，巷道穩(wěn)定性受到影響，給煤礦開采帶來安全隱患。其四，各類斷層對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)造成直接影響，安全難以保障。如此種種，都為安全采掘帶來影響。對(duì)此，加強(qiáng)采掘過程的支護(hù)，具有重要意義。

2 復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦采掘的重難點(diǎn)

2.1 煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化

興隆煤田開發(fā)之初，地質(zhì)條件本就復(fù)雜，隨著80年代地表小井的開發(fā)、開采不斷深入，逐漸深入到疊瓦式斷層基帶，煤層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生變化，導(dǎo)致煤層的頂板巖性顯著改變，圍巖應(yīng)力上升，加大了采掘困難程度。

2.2 前掘后修技術(shù)

在興隆煤田復(fù)雜的地質(zhì)條件下，前掘后修的施工難度較高，具體變化有：底板松軟、頂板松動(dòng)等。長(zhǎng)此以往，極易導(dǎo)致巷道破碎，影響成型，施工進(jìn)度受到嚴(yán)重影響。并且，在采掘過程中，巷道頂板會(huì)出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，巷道變形概率上升。在開拓掘進(jìn)時(shí)，選擇相應(yīng)的巷修技術(shù)非常關(guān)鍵，有助于防范事故，保障人員作業(yè)安全。

2.3 薄煤層開發(fā)技術(shù)

興隆煤田除二、四、六煤層外，多數(shù)煤層為薄煤層，在開采此類煤層時(shí)，困難較大，需要結(jié)合科學(xué)施工方式，利用煤巷、半煤巷等特點(diǎn)保障支護(hù)技術(shù)有效完成。在半煤巷采掘時(shí)，應(yīng)依照實(shí)際情況，選擇適宜的薄煤層開采工藝技術(shù)和設(shè)備，保障采掘工作順利展開。

3 復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦采煤掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)

3.1 支護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)方法

目前掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)方法包括工程類比法、理論計(jì)算法、仿真計(jì)算法和信息化設(shè)計(jì)方法，其中應(yīng)用較為廣泛的是工程類比法，主要是以支護(hù)系統(tǒng)和現(xiàn)有資料為基礎(chǔ)，資料包括巷道圍巖的地質(zhì)條件、水文情況、工程環(huán)境等，通過類比分析已有成熟支護(hù)技術(shù)資料及經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而提出巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)參數(shù)。

3.2 利用錨桿聯(lián)合U型鋼支護(hù)

當(dāng)煤層處于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境時(shí)，可通過錨桿支護(hù)保障采掘安全性。通常，復(fù)雜地質(zhì)條件可能會(huì)涉及破碎斷層、裂隙帶、冒落帶等，給采掘作業(yè)帶來隱患，為人員安全造成威脅。對(duì)此，利用U型鋼布置臨時(shí)性支護(hù)進(jìn)行超前支護(hù)，創(chuàng)建穩(wěn)定、可靠的采掘環(huán)境。

3.3 破除不堅(jiān)固頂板巖層

在煤礦掘進(jìn)時(shí)，若頂板圍巖并不堅(jiān)固，應(yīng)通過直接性破頂法將不堅(jiān)固頂板圍巖破除。具體來講，支護(hù)模式主要是指利用鑿巖機(jī)、掘進(jìn)機(jī)直接沖擊斷層頂板，針對(duì)牢固性差的位置，可直接將其破除，剩余穩(wěn)定性強(qiáng)的圍巖。若條件允許，可借助錨索網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于整體性頂板圍巖，應(yīng)將其限制于硬度系數(shù)5以下、落差限度2m內(nèi)。若遇到特殊情況，頂板圍巖缺乏韌性，要迅速破碎。

3.4 退后臥底支護(hù)

通常，退后臥底支護(hù)適用于上頂板、堅(jiān)韌性佳的巖層，因?yàn)樵擃悗r層較為完善。同時(shí)，使用方應(yīng)將斷層落差限制在2.5m內(nèi)。利用圍巖加固，實(shí)現(xiàn)支護(hù)處理。為保障圍巖支護(hù)與特定技術(shù)流程相符，煤礦采掘應(yīng)與特定技術(shù)指標(biāo)相符，保障圍巖穩(wěn)定性。

4 支護(hù)技術(shù)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

4.1 巷道表面位移監(jiān)測(cè)

為了驗(yàn)證興隆煤田汪莊礦巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的安全性和穩(wěn)定性，進(jìn)行了巷道表面位移的檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，伴隨著巷道掘進(jìn)工作的施工，巷道表面的圍巖變形主要發(fā)生在掘進(jìn)開始的 5～7 天時(shí)間段，此時(shí)的變形速率大，變形量增加明顯。頂板的下沉變形在1周時(shí)間內(nèi)基本完成了90%的變形，隨著時(shí)間的推移逐步穩(wěn)定。而兩幫的變形在掘進(jìn)完成的 3～4 周之內(nèi)均存在，最大值約為120mm。由此可見支護(hù)技術(shù)應(yīng)用過程中能穩(wěn)定可靠工作，達(dá)到了設(shè)計(jì)效果。

4.2 錨桿軸力監(jiān)測(cè)

為了驗(yàn)證錨桿工作的可靠性，對(duì)汪莊礦、平安礦巷道掘進(jìn)過程中的錨桿軸向受力狀態(tài)進(jìn)行了檢測(cè)，分析檢測(cè)結(jié)果可知，錨桿的軸向力的大小變化趨勢(shì)與巷道表面圍巖的變形趨勢(shì)基本一致，主要集中于掘進(jìn)工作開始的1周時(shí)間內(nèi)。錨索和錨桿的受力較小，頂錨桿軸向力最大值保持在45～50 kN，上幫和下幫錨桿軸向力最大值約為40 kN。由此可見支護(hù)系統(tǒng)的受力狀態(tài)處于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50～60%，能夠保證錨桿工作的可靠性。

結(jié)束語：總而言之，隨著煤礦的不斷開采，煤礦地質(zhì)條件越發(fā)復(fù)雜，開采難度增大，安全性受到嚴(yán)重影響。對(duì)興隆煤田復(fù)雜地質(zhì)條件下采煤掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的研究，為有效保障煤礦安全展開，應(yīng)積極落實(shí)支護(hù)技術(shù)，提高煤礦巷道安全與穩(wěn)定，保障煤礦采掘有序進(jìn)行具有一定意義。

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