超前支護技術在采礦工程中的應用

王欣旭

（七臺河市煤炭生產(chǎn)安全管理局 黑龍江七臺河 154600）

采礦工程受到礦山地質條件的直接影響，在工程實施過程中，面臨著錯綜復雜的地質條件及各種各樣的安全風險，對于采礦工程來說無疑是巨大的挑戰(zhàn)。所以需要在采礦工程中合理、準確、有效地運用超前支護技術，提前預防與治理采礦工程中的常見問題，如巷道掘進的坍塌問題、石門揭煤的掉頂問題及礦石回采的安全問題等，保障采礦工程的安全進行，全面提高煤礦生產(chǎn)的效益。

1 采礦工程中應用超前支護的必要性

超前支護技術為輔助性措施，其在采礦工程中的應用為井下煤礦各項施工作業(yè)構建一個安全、穩(wěn)定的支撐結構，為施工作業(yè)創(chuàng)造最佳的空間環(huán)境與條件，并保證施工人員的安全。該技術目前在采礦工程中應用十分普遍，促使超前支護技術日益發(fā)展成熟，技術應用表現(xiàn)出了高的可靠性。井下煤礦開采具有一定的危險性，對于開采空間環(huán)境的安全性有著極高的要求，因此，在煤礦生產(chǎn)過程中使用超前支護技術構建安全的作業(yè)面，在保證煤礦生產(chǎn)安全的同時，提高煤礦開采的效率?，F(xiàn)階段，超前支護技術在采礦工程中應用的方式主要有以下3種：一是使用鋼管直接加固，像在石門揭煤作業(yè)中在工作面四周設置鋼管棚，穩(wěn)定煤層結構；二是機載支護裝置，將鋼網(wǎng)或鋼帶頂?shù)焦ぷ髅骓敳?，完成工作面的支護加固；三是灌注泥漿，在采礦工程中遇到松散泥土和碎石地質條件時，直接灌注泥漿，借助泥漿黏性將碎石和土凝固在一起，產(chǎn)生加固的效果［1-3］。

2 超前支護之石門揭煤

2.1 常見的問題

在井下煤礦巷道掘進過程中，遇到煤層后需進行揭露，也就是指石門揭煤。在此作業(yè)環(huán)節(jié)中，如果出現(xiàn)煤層掉頂問題，會形成煤層連片塌落，嚴重影響到采礦的進度，該問題最為棘手。掉頂問題在采礦工程中時有發(fā)生，傳統(tǒng)的解決方法是采用架棚探梁支撐，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采用一些輔助性加固措施，但是仍然無法完全避免和解決該問題，還存在著掉頂隱患，迫切需要采用超前支護技術解決該問題。

2.2 超前支護技術的應用

基于目前采礦工程在石門揭煤中的掉頂問題，行業(yè)內(nèi)還未有理想的解決方案，而經(jīng)過實踐應用發(fā)現(xiàn)，超前支護技術可大幅度提高煤層的支護效果，減少掉頂問題發(fā)生的頻次，保證了石門揭煤作業(yè)的安全有序開展。實際應用流程如下：一是在巷道掘進未達到煤層之前，提前做好支護準備，在距離煤前2m位置，沿著巷道輪廓間距300m 進行打眼，打眼深度1.8m，均勻布設在巷道輪廓四周；二是在打好的孔中插入鋼管，起到護頂?shù)淖饔?；三是在每次炮擊之前，重復上述打眼、插鋼管操作，采用此種方式循環(huán)進行石門揭煤，可有效減少煤層掉頂事件。此外，在實際的支護中，注意炮眼深度的嚴格控制，盡量不要超出鋼管插入的深度，防止炮擊后鋼管掉落而無法形成對煤層的支護作用。所以，在石門揭煤使用超前支護技術時，需結合開采現(xiàn)場的實際情況，進行鋼管長度與直徑的選擇，以及打眼間距、炮眼深度等的靈活控制，以確保石門揭煤作業(yè)的安全順利進行［4-6］。

3 超前支護之巷道掘進

3.1 常見問題

井下煤礦開采過程中，根據(jù)煤層的位置進行巷道掘進作業(yè)以到達開采位置，巷道掘進的難度較大，其支護結構需承載上部土層的重量。由于在巷道掘進過程中未能做好預防性措施，巷道頂部土層隨著巷道深度的增加，重量逐漸加大，原有的支撐結構承載力不夠，最終引起巷道掘進比較常見的坍塌問題，一旦巷道坍塌，將無法繼續(xù)進行掘進作業(yè)，需重新設計與規(guī)劃巷道路線，直接增加了施工周期，提高了采礦工程成本。

3.2 機載支護裝置的應用

巷道掘進發(fā)生坍塌的主要原因是提前預防不到位，支撐結構承載力不足。使用超前支護技術進行巷道坍塌的提前預防，并聯(lián)合采用機械化設備，加快巷道掘進的速度，以促進巷道有序、安全掘進。巷道掘進機械設備采用懸臂式縱軸掘進機，并在掘進機上安裝臨時支護裝置，在掘進的巷道頂部構建支護結構，為掘進機安全作業(yè)創(chuàng)造條件。機載支護裝置借助掘進機原站供油，支護裝置與掘進機油路相通。在使用支護裝置之前，需關閉掘進機油路，使用裝置的液壓系統(tǒng)促使主架和頂梁架向著巷道掘進方向移動，并提前在頂梁架上安裝支護鋼帶與鋼網(wǎng)。其次，推動液壓手柄，使液壓油經(jīng)過溢流閥、操作閥、分流集流閥、雙向鎖、油缸，最終驅動主架和頂梁架打開，到達支護位置后，上升主架將鋼帶和鋼網(wǎng)頂在巷道上，然后進行打眼與錨桿作業(yè)，完成巷道頂部的超前支護作業(yè)。以上作業(yè)結束后，收回主架與頂梁架，關閉支護裝置的油路，掘進機開始進行掘進作業(yè)，如此循環(huán)作業(yè)，在保證巷道結構安全的情況下，加快巷道掘進的速度。

3.3 超前支架的應用

3.3.1 自動式超前支架

自動式超前支架已經(jīng)應用于采礦工程之中，加快了支護的速度。該支架接觸面積大，支護強度好，在巷道圍巖支護中的應用，提高巷道的安全穩(wěn)定性，降低頂板問題的發(fā)生概率。使用操作簡單，移動速度快，完全滿足采礦工程工作面快速推進的需要。該支架整體結構緊湊，為采礦作業(yè)搭建了足夠的通道空間，方便材料的運輸與作業(yè)人員的來回走動。該支架在采礦工程中的應用，減少傳統(tǒng)支護中材料與人力的投入量，節(jié)約工程成本，并為采礦工程支撐出安全的作業(yè)空間。

3.3.2 液壓支架

（1）支護單元設置。該技術繼承了單體配鉸梁超前支護的技術優(yōu)點，適用于變形采礦范圍大的工程，支撐能力大，提高了超前支護技術應用的安全性與可靠性。針對不夠穩(wěn)定的采礦巷道，需選用支撐能力好的支護單元。將液壓支架支護單元沿著開采影響范圍進行布置，液壓支架有2~4個立柱，根據(jù)實際情況進行選擇，使用支護單元作為巷道的承載結構，緩解了巷道的變形壓力。支護單元布置時，液壓支架通常是沿著巷道中心線兩側布置，盡可能不影響巷道的寬度，保證巷道的通暢。

（2）支護單元運移。為了實現(xiàn)巷道的無反復支撐，減少超前支護的工作量，可采取尾部前移至首位的支護路線，將安全空間的尾部支護單元前移至采礦工程工作面推進方向的首位。運移主要有3 種方式：一是采用單軌吊運，在巷道頂部使用支護單元架設單軌作為運移單元的工具，優(yōu)點是不占用巷道底部空間，不受巷道地面起伏影響，缺點是操作復雜；二是地面運輸，使用車輛運輸較為簡單、直接，但是占用巷道空間，運輸受到地面環(huán)境的影響較大，因此，在運輸選擇時，需要結合巷道的實際情況慎重選擇；三是在超前支護單元的首尾各放置一臺自移式吊裝機，用于起吊支護單元，尾部吊裝機將支護單元前移至中間位置，首部的吊裝機將其移動到首位，以此循環(huán)移動。吊裝機體量小、吊裝操作簡單方便靈活，在運移支護單元中具有應用的技術優(yōu)勢。

4 超前支護之礦產(chǎn)回采

礦產(chǎn)回采是指對已經(jīng)開采過的礦山進行再次采礦，是采礦工程的重要組成部分。礦產(chǎn)回采是將之前開采遺留下的煤礦進行回收，避免礦產(chǎn)資源的浪費，增加煤礦的生產(chǎn)效益。礦產(chǎn)回采必須在保證煤礦工人的安全下進行，需使用安全的支護結構，使煤礦工人安全、順利回收礦石。

4.1 常見的問題

由于礦產(chǎn)回采是在開采過的礦山進行，礦山經(jīng)過長時間的煤礦開采，整體受力結構受到機械設備、爆破、人力等的影響，安全性較差，存在較高的坍塌風險，而且?guī)r石較為破碎，增加了礦產(chǎn)回采的難度。前期采用的采礦施工方案已經(jīng)明顯不適用，需結合當下情形制定出安全有效的超前支護措施，才可保證回采工作的安全，那么應構建安全的回采作業(yè)空間，將礦山中遺留下的煤礦資源進行全面的回收，盡可能減少煤礦企業(yè)資源的浪費，提高企業(yè)的生產(chǎn)效益。

4.2 超前支護技術的應用

4.2.1 原路徑回采

原路徑回采是按照之前的采礦路徑持續(xù)推進，回收原先采礦位置遺留下的煤礦。原路徑回采回收煤礦的效果好，但是安全性較差，原先采礦的巷道經(jīng)過長時間生產(chǎn)活動的干擾，礦井內(nèi)部的承重結構性能有所下降，再次回采進一步增加了擾動程度，引發(fā)坍塌的概率較大。所以，需采用超前支護技術保障礦產(chǎn)回采作業(yè)的安全。具體措施如下：進路間距控制在大約5m，以間距1.5m開展放頂回采作業(yè)，進而保證原路徑礦產(chǎn)回采作業(yè)的安全。

4.2.2 沿著連接柱回采

該回采方式與原路徑回采相比，安全性較好且回采成本低，是礦產(chǎn)回采中較為安全的一種回采方法。但是，沿著廢棄礦場連接柱回采效率不是十分理想，不能實現(xiàn)采礦區(qū)的全面覆蓋，存在較多的回采盲點。因此，在回采方式中使用超前支護技術，以增加礦產(chǎn)回采的效果。針對回采工作面進行超前支護處理，工作面底部兩側使用兩個支架作為支撐，兩個支架之間的頂梁位置通過千斤頂鏈接底座，形成一個安全的支護結構，以此種方式進行支架前后設置，前后支架相互鏈接，使整體支架更為的牢固。該支架節(jié)約回采工作面的空間，支撐寬度可達3m，高度3.5m，底座較小，方便煤礦工人來回走動，保證回采安全的同時，節(jié)約回采的成本支出。

5 超前支護之電耙道修復

5.1 常見的問題

電耙道屬于煤礦的運輸通道，在煤礦開采過程中，電耙道會受到損壞，影響到煤礦運輸?shù)男?。例如，煤礦開采中的各種爆破影響到電耙道結構的受力狀態(tài)，導致坍塌引發(fā)運輸阻斷問題，甚至是電耙道出現(xiàn)無法使用的情況，需要煤礦企業(yè)停止正常的采礦生產(chǎn)，進行電耙道的修復工作，進而增加煤礦企業(yè)人力、物力、財力等方面的資源投入，影響到煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效益?；诖?，針對電耙道采用超前支護技術，對電耙道周圍的巖層進行超前加固，保證電耙道高質量的運行狀態(tài)。

5.2 超前支護技術的應用

煤礦在開采過程中時常會用到底柱分段崩落法開展生產(chǎn)，而電耙道是為了運出礦井中的煤礦而建設，爆破直接影響到電耙道的運行狀態(tài)。為了減少采礦爆破對電耙道的損壞，可在電耙道修復過程中使用鋼筋混凝土結構作為超前支護方案。針對電耙道坍塌的位置，建議使用10cm×10cm 的鋼支架，可根據(jù)坍塌的實際情況，選擇“口”或“工”字形鋼板。鋼支架在設置時不可影響到電耙道正常運行，盡量設置在邊緣位置。如果是整體電耙道超前支護，在電耙道周圍巖石每隔5m打入一個鋼錨桿固定巖石，使電耙道周圍巖石層形成一個整體、牢固的鋼錨棚，防止周圍巖土的掉落。完成電耙道加固后，清理電耙道中的碎石、土壤等。在電耙道周圍巖石加固穩(wěn)定的基礎上，為了提高電耙道煤礦運輸效率，可進行電耙道的擴展，為煤礦運輸開辟一條暢通無阻的道路。

6 結語

煤礦企業(yè)的采礦工程為井下作業(yè)，作業(yè)環(huán)境較差，危險系數(shù)較高。因此，在采礦工程的巷道掘進、礦石回采、石門揭煤、電耙道修復等項目中，需采用超前支護技術對作業(yè)空間環(huán)境進行加固處理，最大限度地避免采礦工程常見問題的出現(xiàn)，確保采礦工程安全、穩(wěn)步、有序的推進，以此保證作業(yè)區(qū)安全、煤礦工人安全、生產(chǎn)安全，實現(xiàn)采礦工程生產(chǎn)效益、經(jīng)濟效益、安全效益的全面提升。