厚煤層綜放開(kāi)采鉆孔切頂留巷支護(hù)技術(shù)研究

＊樊秀志

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司 山西 030001）

引言

隨著采礦強(qiáng)度的逐步提高，煤炭資源正在逐漸減少。越來(lái)越多的煤炭企業(yè)開(kāi)始尋找綠色采礦途徑，通過(guò)現(xiàn)代化科學(xué)的采煤技術(shù)，以延長(zhǎng)礦井的壽命，可以進(jìn)一步提高煤炭資源的采收率，也控制了我國(guó)煤炭資源的不合理浪費(fèi)，保護(hù)了礦山資源。因此，實(shí)現(xiàn)煤炭的綠色高效開(kāi)采，是提高開(kāi)采技術(shù)的重要措施。

1.沿空留巷巷內(nèi)支護(hù)數(shù)值模擬分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)礦區(qū)的地質(zhì)條件創(chuàng)建必要的數(shù)值模型，模擬巷道的寬度和高度。使所設(shè)模型支持參數(shù)方案的分析與比較。在比較螺栓支撐直徑時(shí)，通過(guò)數(shù)值模擬巷道周圍的巖石狀況，隨著螺栓直徑的增加，巷道周圍變形的巖石會(huì)減少。分離錨桿時(shí)，通過(guò)比較螺栓間距對(duì)巷道支護(hù)效果的影響，確定螺栓布置，當(dāng)螺栓布置不同時(shí)，回風(fēng)通道周圍巖石變形。對(duì)于不同的螺栓布置，巷道兩側(cè)的變化很小，并且巷道周圍巖石的變形主要發(fā)生在頂板和地面上，布置是通過(guò)考慮安全和經(jīng)濟(jì)因素來(lái)確定的。對(duì)于錨索支撐對(duì)環(huán)境中巖石變形率的影響，應(yīng)將螺栓支撐參數(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)置，根據(jù)實(shí)際方案設(shè)置不同的錨索支撐設(shè)置。在錨索的數(shù)量不同時(shí)返回空氣隧道周圍的巖石的變形也不同，在沒(méi)有錨索的情況下巷道的變形相對(duì)較大，巷道變形明顯減小。在使用2條錨索和3條錨索的情況下，圍繞巖石的巷道變形差異很小，因此在確定工作面支撐參數(shù)時(shí)增加錨索的加固支撐，最終確定在支架工作面上的回風(fēng)隧道的方法為連接支架。

2.厚煤層綜放開(kāi)采鉆孔切頂留巷支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

(1)在超前壓力影響段的應(yīng)用情況

在厚煤層綜放開(kāi)采支護(hù)中，應(yīng)在綜放面使用工字鋼支護(hù)，如果主軸承壓力峰值在工作表面之前約12m，則范圍可以達(dá)到約32m。因巷道為固體煤，工作面埋入較小深度，必須預(yù)先支撐＜20m。

(2)在后方壓力影響段的應(yīng)用情況

在工作面后方，通過(guò)監(jiān)測(cè)礦山壓力，在工作面后方小于10m的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行巷道臨時(shí)支撐工作的更換，并且沒(méi)有動(dòng)態(tài)壓力。在機(jī)器導(dǎo)軌支撐壓力下，往往會(huì)發(fā)生變形，尤其是底部起伏太大。因此，當(dāng)?shù)诙€(gè)刮板輸送機(jī)在后面時(shí)，將轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ咒撨M(jìn)行支護(hù)，然后在采礦邊距巷道邊緣處放置一根圓柱，這樣做的主要目的是獲得支撐的效果。鋼制支架被用作高級(jí)支架更換支架，因此不需要使用其他支架材料。由于在這個(gè)階段會(huì)受到動(dòng)壓力的影響，因此有必要正確了解巷道的穩(wěn)定時(shí)間，相關(guān)人員還需監(jiān)控巷道變形壓力監(jiān)測(cè)，還需在必要時(shí)完成安裝工作，并且在巷道變形保持恒定后修復(fù)巷道。建議使用形鋼梁和工字鋼框架之間的單柱隔板，以確保每個(gè)鋼梁由2根柱支撐，然后工字鋼雙提升的形式發(fā)揮鋼梁的作用，沿方向達(dá)到連續(xù)架設(shè)梁的效果。前支撐路徑的高度應(yīng)大于2m，前支撐路徑的寬度應(yīng)小于1m。在卸下工字梁并將其放在后面，主要目的是為巷道重用提供良好的支持。

(3)在采空區(qū)隔離的應(yīng)用情況

在工作面的背面使用固體砌筑填充方法來(lái)處理路邊支撐，使相關(guān)的支護(hù)體與巷道的高度相同。填充和距前方距離短存在更多常見(jiàn)問(wèn)題，并且巷道保護(hù)技術(shù)和采礦技術(shù)之間會(huì)存在不同程度的干擾。另外巷道支撐材料還需要達(dá)到一定的強(qiáng)度，這對(duì)于有效防止變形是有效果的。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于物料的用料和相關(guān)成本要求都比較高。路側(cè)支撐體對(duì)高動(dòng)壓因子敏感，并且支撐體容易受到嚴(yán)重?fù)p壞。如果不能保證負(fù)載能力，將會(huì)導(dǎo)致對(duì)支撐體的嚴(yán)重?fù)p壞，以及使巷道發(fā)生變形。通過(guò)這些因素，有必要合理運(yùn)用綜放開(kāi)采鉆孔切頂留巷支護(hù)技術(shù)，根據(jù)具體需要選擇合適的通風(fēng)方式，并且還需循序漸進(jìn)的通風(fēng)方法[1]。

(4)留巷支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的特殊條件，在支架后部保持探索位置的前探梁，在維修之前，在巷道和頂板上處理。如果發(fā)現(xiàn)頂板空隙破損問(wèn)題，需要嚴(yán)格監(jiān)控頂板。在控制好頂板之后，拆除各個(gè)支柱和橫梁。在拉棚后擴(kuò)大頂，并在達(dá)到高度要求后應(yīng)用新棚的安裝和加固，并將加固長(zhǎng)度調(diào)整至3m以上。在加載工字梁之前，有必要將探測(cè)梁向前推到一定的長(zhǎng)度，并將工字梁放在前探測(cè)梁的后面，以加固前探測(cè)梁。完成托梁的安裝后，使用編織網(wǎng)將其分布在I型托梁之間，并使用柱子進(jìn)行遮蓋[2]。

(5)安全施工對(duì)策

①施工準(zhǔn)備

在施工工作開(kāi)始之前，應(yīng)選擇經(jīng)驗(yàn)豐富的維護(hù)人員和技術(shù)人員，采取必要的安全預(yù)防措施，在礦區(qū)工作現(xiàn)場(chǎng)周圍準(zhǔn)備足夠的防護(hù)設(shè)備，并建立合理的防護(hù)工作平臺(tái)，并且需要保證此工作平臺(tái)的堅(jiān)固結(jié)實(shí)，以支持工作平臺(tái)的正常運(yùn)行。在施工準(zhǔn)備工作中，還應(yīng)檢查安全防護(hù)平臺(tái)，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并針對(duì)性的解決問(wèn)題，確保進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，所有技術(shù)人員和施工人員均應(yīng)仔細(xì)檢查施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，以及周圍環(huán)境中是否存在不安全的隱患。在專業(yè)人員進(jìn)行檢查之后，在檢查過(guò)程中需要在支架下使用長(zhǎng)鉆才能有效，通過(guò)合理的檢查才能保證操作效率和操作人員安全[3]。

②運(yùn)輸過(guò)程中的安全措施

在運(yùn)輸過(guò)程中，小型起重機(jī)應(yīng)遵循相關(guān)的保險(xiǎn)功能，以使用小型起重機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸。在使用過(guò)程中，如果需要維護(hù)，應(yīng)注意頂板的狀況，以防止頂板跌落并造成人員傷害。如果在設(shè)備的維護(hù)過(guò)程中頂板掉落，應(yīng)盡快采取針對(duì)性的適當(dāng)措施，相關(guān)人員應(yīng)提前準(zhǔn)備維修材料，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件使用木材臨時(shí)支撐，以使頂板得到有效的加固。對(duì)于頂板的保護(hù)，可防止煤石掉落情況的發(fā)生，并減少施工人員的安全威脅。在煤巷塌陷中架設(shè)頂板木材的過(guò)程中，還需合理檢查和控制瓦斯含量，以滿足空氣質(zhì)量符合開(kāi)采的要求。對(duì)于區(qū)域支架中的活性煤和巖石，需要使用長(zhǎng)柄工具切割頂部的活性煤，并且這個(gè)過(guò)程必須由經(jīng)驗(yàn)豐富的人員來(lái)操作，頂板必須做得符合相關(guān)的要求，并且在兩側(cè)均應(yīng)提供支撐[4]。

(6)留巷圍巖變形分析

在工作面生產(chǎn)時(shí)間期間，采用鉆孔和切割的方法來(lái)保護(hù)巷道，并采用巷道安裝網(wǎng)的組合支撐方法，以及電線桿和密集的木樁等。使用巷道加固支護(hù)方法可以有效控制巷道周圍巖石的變形，根據(jù)圍巖變形的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，沿該層停留期間，表明采石場(chǎng)采取了圍巖控制措施，使輸送線和頂面剪切鉆進(jìn)方法有效地防止了頂板巖石層的塌陷。在等待期間，運(yùn)輸巷道的圍巖變形主要是由于路基的高度所引起，造成這種情況的主要原因是路面上的泥土。礦井工作面中的礦井壓力和水參數(shù)普遍，巖性較軟，受其影響將會(huì)造成底板變形嚴(yán)重。采用鉆孔剪力頂板結(jié)合錨網(wǎng)索、木樁和密集點(diǎn)支護(hù)的方法，以獲得更好的抓地效果。

(7)巷內(nèi)支護(hù)

高預(yù)應(yīng)力適合在巷道上進(jìn)行基本支護(hù)，沿采空區(qū)巷道上的圍巖。在堅(jiān)硬的頂板條件下，沿空巷道頂板的穩(wěn)定性很好，并且頂板支撐也更容易。原始巷道的總體承載強(qiáng)度很低，因此需要專業(yè)人員進(jìn)行加固支撐。螺栓支架作為一種普遍使用的支架，可以有效地提高圍巖的承載力，特別是高強(qiáng)度螺栓支架，有利于圍巖的穩(wěn)定性。小直徑高預(yù)應(yīng)力錨索增加了層頂錨固在一起的強(qiáng)度，即錨索的高預(yù)應(yīng)力可防止或減緩頂板的分離和坍塌。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，確定應(yīng)在碳層的側(cè)面加固高強(qiáng)度非縱向螺紋鋼螺栓，并應(yīng)加固頂板錨索，以增加碳層的承載能力，改善頂板的完整性和穩(wěn)定性。支撐的高強(qiáng)度可以控制沿采空區(qū)嚴(yán)重變形的巷道上的加固支撐。隨著填充物涌入路邊，頂板的懸垂面積增加，圍巖的應(yīng)力變得嚴(yán)峻，沿主干道和巷道兩側(cè)的頂板變形很大。上方關(guān)鍵基礎(chǔ)屋面板的穩(wěn)定性決定了周圍巖石的變形,巷道上的主要支撐物無(wú)法控制巷道的平衡。為了適應(yīng)采礦過(guò)程中由于圍巖劇烈運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的動(dòng)壓力，必須在巷道上采用加強(qiáng)支撐，并使車道遠(yuǎn)離工作面。

(8)巷旁支護(hù)

在堅(jiān)硬的頂板條件下，很難在巷道主體上直接切入基礎(chǔ)頂板，必須足夠堅(jiān)固才能直接切入頂板巖石層。這就要求填充墻具有快速的強(qiáng)度增長(zhǎng)特性，并且從填充開(kāi)始到最大強(qiáng)度的增加，必須適合頂板下垂和壓力時(shí)間。同時(shí)，沿采空區(qū)分開(kāi)的道路的使用填充墻，并且還需具有一定程度的收縮性能，以避免在頂板的巖石層旋轉(zhuǎn)和下沉?xí)r損壞道路旁的填充墻。必須在不同條件下對(duì)頂板施加某些臨時(shí)支撐，以確保施工人員的安全和足夠的操作空間。同時(shí)，由于堅(jiān)硬的頂板，路邊填充物難以直接切穿上層頂板，因此考慮在路堤區(qū)域增加錨固線以減小填充物壁的壓力，并且也有效減少頂板旋轉(zhuǎn)和倒塌。堅(jiān)硬的巖石層具有高強(qiáng)度和完整性，不會(huì)形成裂縫，推進(jìn)工作面后，頂板面積很大，頂板巖石層不斷旋轉(zhuǎn)并下沉以壓縮填充壁。當(dāng)路堤壁的變形接近于過(guò)大的值時(shí)，它易不穩(wěn)定并導(dǎo)致道路退化。因此，當(dāng)靠近填充墻不能切割上頂板時(shí)，需要手動(dòng)頂棚，以避免填充墻的過(guò)度變形和支撐功能的喪失。

3.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在較厚的煤層中，采用綜放開(kāi)采鉆孔切頂留巷支護(hù)技術(shù)可以確保作業(yè)的效果和安全性。因此，有必要弄清并應(yīng)用實(shí)際工程條件和煤巖力學(xué)參數(shù)條件。此外，在綜放開(kāi)采中，有必要采取相關(guān)的安全措施，并確保煤炭采收率。