煤礦井下頂板支護(hù)質(zhì)量研究

夏金剛

(龍煤七臺河礦業(yè)有限責(zé)任公司新鐵煤礦，黑龍江 七臺河 154600)

煤礦井下巷道掘進(jìn)作業(yè)效率不僅取決于是否采用了正確的掘進(jìn)方式，在很大程度上還受到頂板支護(hù)技術(shù)應(yīng)用有效性的影響。煤礦井下作業(yè)過程中，為確保巷道掘進(jìn)的高效進(jìn)行，保障作業(yè)人員的生命安全，需采取井下頂板支護(hù)技術(shù)，其中主要應(yīng)用支護(hù)形式包括預(yù)留柱支護(hù)、可縮性支架、礦用支護(hù)型鋼等，能夠顯著提高井下巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保障井下作業(yè)人員的生命安全，促進(jìn)煤礦生產(chǎn)作業(yè)的穩(wěn)定有序開展。應(yīng)深入把握影響煤礦井下頂板支護(hù)的技術(shù)因素，在提出有針對性的解決對策基礎(chǔ)上，構(gòu)建完善的頂板支護(hù)質(zhì)量管理體系，確保煤礦井下巷道的安全掘進(jìn)。

1 煤礦井下頂板支護(hù)的主要形式

煤礦井下作業(yè)過程中，為避免采煤工作面頂板掉落，危害井下作業(yè)人員的生命安全，需采用頂板支護(hù)技術(shù)對工作面頂板進(jìn)行加固，在保障井下空間安全的基礎(chǔ)上確保相關(guān)作業(yè)有序開展。煤礦井下頂板支護(hù)經(jīng)歷了木支柱、金屬摩擦支柱、單體液壓支柱、液壓支架等幾個發(fā)展階段，目前我國煤礦井下頂板支護(hù)形式以單體液壓支柱和液壓支架為主。以單體液壓支柱和液壓支架搭建頂板支護(hù)體系，能夠在金屬鉸接頂梁的配合使用下組成回采工作面系統(tǒng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，可在保障井下作業(yè)人員生命安全的基礎(chǔ)上提升井下作業(yè)效率。

1.1 單體液壓支柱

單體液壓支柱與金屬摩擦支柱的支護(hù)原理相似，大多需要與金屬鉸接頂梁配合使用來保障支護(hù)效果。實際使用過程中，其移動與支撐均需人工操作，因此本質(zhì)上并未脫離人工支護(hù)的范疇，這意味著單體液壓支柱的工作效率較低，一般適用于中、小型礦井。

1.2 液壓支架

在高壓液體作用下，以金屬構(gòu)件和液壓元件為依托組成液壓支護(hù)系統(tǒng)，這是液壓支架的主要技術(shù)原理。其由大功率、大運(yùn)量可彎曲刮板輸送機(jī)組成回采工作面，具有性能好、強(qiáng)度高、移動速度快等優(yōu)勢，可借助計算機(jī)系統(tǒng)控制，減少井下作業(yè)人員的工作強(qiáng)度和工作壓力，有利于保障作業(yè)人員的生命安全，促進(jìn)煤礦生產(chǎn)機(jī)械化與自動化發(fā)展。

2 煤礦井下頂板支護(hù)質(zhì)量的主要影響因素

2.1 施工工藝

煤礦井下巷道掘進(jìn)方式以鉆爆法為主，通常情況下，通過頂板支護(hù)與錨噴支護(hù)相配合的方式構(gòu)建支護(hù)體系，相較于以往的砌喧支護(hù)，能夠獲得更快的挖掘速度。但是，實際作業(yè)過程中，影響頂板支護(hù)質(zhì)量的因素多樣，以鉆爆法為例，炮眼位置、裝填火藥數(shù)量等均有可能影響井下支護(hù)質(zhì)量。煤礦井下結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，當(dāng)兩個相鄰巷道同時開展采煤作業(yè)時，井下巖體的穩(wěn)定性必然會受到影響，最終也會導(dǎo)致頂板支護(hù)產(chǎn)生質(zhì)量問題。

2.2 地質(zhì)環(huán)境

不同地質(zhì)環(huán)境的煤礦井下作業(yè)，其頂板支護(hù)質(zhì)量要求往往存在較大差異，煤礦的層理與節(jié)理是影響頂板支護(hù)穩(wěn)定性的主要因素。當(dāng)煤礦地質(zhì)情況相對良好時，井下作業(yè)并不需要采取較多的支護(hù)手段，當(dāng)煤礦地質(zhì)情況相對復(fù)雜時，影響支護(hù)質(zhì)量的因素相對較多，這使得頂板支護(hù)質(zhì)量管理難度較大，容易出現(xiàn)安全風(fēng)險，導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。

3 煤礦井下頂板支護(hù)質(zhì)量的優(yōu)化策略

3.1 完善頂板支護(hù)方案，強(qiáng)化頂板承載性能

應(yīng)用煤礦井下頂板支護(hù)技術(shù)的目的是保障井下作業(yè)安全性與穩(wěn)定性，因此，應(yīng)根據(jù)井下作業(yè)實際情況，特別是地質(zhì)情況采取不同的支護(hù)方案，在滿足井下作業(yè)安全需求的基礎(chǔ)上，構(gòu)建可行的支護(hù)體系，確保頂板支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的有效性。前期準(zhǔn)備階段，應(yīng)合理選用支護(hù)方式，不僅要認(rèn)真勘測礦壓及井下地質(zhì)構(gòu)造情況，還要圍繞實際作業(yè)方案針對重點作業(yè)區(qū)域構(gòu)建風(fēng)險防范體系，確保能夠在第一時間消除安全隱患，保證井下作業(yè)安全。巷道挖掘過程中，無論是鉆爆法還是其他手段，都會對圍巖承載能力造成一定破壞，因此，應(yīng)隨工作面的推進(jìn)持續(xù)做好頂板前后及側(cè)向支撐壓力的調(diào)節(jié)，隨時調(diào)整支護(hù)措施，確保支護(hù)方案與實際頂板壓力的匹配性。設(shè)計頂板支護(hù)方案時，應(yīng)意識到造成頂板質(zhì)量問題的不僅是井下壓力與地質(zhì)環(huán)境因素，還應(yīng)特別注重加強(qiáng)井下防火與禁閉工作，避免井下出現(xiàn)火災(zāi)，對頂板結(jié)構(gòu)造成破壞，防止地下水滲透給井下作業(yè)帶來影響。

3.2 優(yōu)化井下施工工藝，提高設(shè)備使用效果

不同的井下作業(yè)環(huán)境對支護(hù)結(jié)構(gòu)的要求有所不同，應(yīng)合理選擇井下支護(hù)設(shè)備，保障頂板支護(hù)的有效性。巷道掘進(jìn)過程中，巷道位置變形與移動是作業(yè)人員經(jīng)常遇到的問題，應(yīng)秉承剛?cè)峒骖櫾瓌t選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)，避免大面積與大規(guī)模重修，發(fā)揮圍巖的壓力釋放作用來保障巷道的整體穩(wěn)定性。若巷道地質(zhì)情況相對較好，一般可選用較高破巖水平的機(jī)器，如單體錨桿鉆機(jī)來開展掘進(jìn)作業(yè)，可顯著提高巷道掘進(jìn)速度，且不會對頂板支護(hù)造成較大質(zhì)量影響。針對地質(zhì)情況相對復(fù)雜的井下作業(yè)環(huán)境，支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)盡可能貼合實際支護(hù)需求，若施工區(qū)域斷面較大，一般需借助綜合掘進(jìn)機(jī)和盾構(gòu)機(jī)配合使用，以保障巷道掘進(jìn)的成功率與有效性。此外，應(yīng)做好設(shè)備的檢測與管理，保障設(shè)備使用的穩(wěn)定性，確保巷道掘進(jìn)作業(yè)的安全性，防止人為因素對頂板支護(hù)質(zhì)量產(chǎn)生影響。

3.3 加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)檢測，提高安全管理水平

井下作業(yè)過程中，除了需設(shè)計科學(xué)的支護(hù)方案從源頭上提升支護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量外，還應(yīng)就支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)檢測，及時發(fā)現(xiàn)潛在安全隱患，采取有針對性的處理方法以避免發(fā)生安全事故?？枕斁嚯x加大、直接頂下沉、支架工作狀態(tài)不佳等都會影響頂板支架的穩(wěn)定性，而空頂距離加大與直接頂下沉往往受支架頂梁工作狀態(tài)的影響，因此，應(yīng)重點圍繞支架工作狀態(tài)進(jìn)行管理，確保支架力學(xué)性能，提升井下支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全管理水平。

4 結(jié)語

隨著現(xiàn)代煤炭產(chǎn)業(yè)的持續(xù)進(jìn)步，保障井下作業(yè)的安全性與穩(wěn)定性已成為煤炭生產(chǎn)企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的關(guān)鍵。應(yīng)進(jìn)一步圍繞井下巷道頂板支護(hù)技術(shù)，構(gòu)建完善的技術(shù)體系，根據(jù)實際井下作業(yè)環(huán)境與支護(hù)需求，采取恰當(dāng)?shù)闹ёo(hù)手段，保障井下作業(yè)的安全性，促進(jìn)井下作業(yè)的高效有序開展。