超前支護在采礦工程中的應用

王 強

超前支護主要是指在松軟或破碎帶巖體中超前于掘進工作面而進行的支護。該方法廣泛用于公路鐵路、水利水電等隧道開挖工程，其主要目的是為了保證巷道開挖工作面的穩(wěn)定和安全。超前支護的方法主要有以下幾種形式：一是采用長3m～5m采礦的超前錨桿（鋼管），錨固工作面前上方巖體；二是采用超前管棚，即采用鋼支架并結合較長的鋼管、鋼軌等錨固工作面前上方的巖體，錨固件長度一般大于采礦5m；三是采用注漿錨桿超前注漿的方式，向工作面前上方注入水泥漿等起膠結作用的漿液，膠結硬化破碎巖體，起到加固作用。

經(jīng)過利用超前性的鉆孔方式，在坍落礦井巷道挖掘、電耙道二次恢復、殘礦回采等礦山建設中的實際運用，系統(tǒng)分析并總結了該施工方式的主要施工工藝順序及其支護施工技術參數(shù)，包括會理鋅礦安全處理等三十幾萬噸以上殘礦的生產(chǎn)工藝經(jīng)驗，證明了掌握并靈活運用這種建筑施工技術，對礦井安全可靠生產(chǎn)和增加效益有著至關重要的影響與重要性。會理鋅礦由于礦巖節(jié)理裂隙極其發(fā)育、礦巖破碎等特點，特別是進入深部采礦以后，巷道支護難度逐漸加大。巷道掘進過程中往往因為巷道的垮塌而不得不重新繞道掘進，特別是電耙道在放礦過程中經(jīng)常破壞，造成采場出礦困難，電耙道的二次修復工程量大大增加。在解決這些工程問題上面，超前支護發(fā)揮了重要作用，此外，礦山在破碎帶礦體、垮塌區(qū)殘礦的回采等方面也廣泛應用超前支護技術，回收了大量的礦石，取得了很好的經(jīng)濟效益。

1 超前支護的特性及其內(nèi)容

在目前采礦工程中，分為許多的種類，根據(jù)不同種類的采礦工程特點，可采取超前支護技術以實現(xiàn)對超前性的全面的安全保護。在通常情況下，針對一些易碎性的松軟型的巖體強度工程，都是采用超前支護技術。在某些隧洞開挖施工中也常使用這一類支護技術。而經(jīng)過對許多工程的測試分析，超前支護技術能夠更有效的加強對巷道的保護，這就在一定程度上保證了巷道施工的安全穩(wěn)定性。當設有高級支持設備時，則采取了最重要的工作條件以保證工作表面的穩(wěn)定性，同時還可以減少一些可能的施工危險。但總的來說，由于礦山環(huán)境的特點有著相當較大的嚴重性，其中包括環(huán)境可變性。如果要實現(xiàn)它和正在建造中的礦山安全融合，則需要設有專門的支持措施。從目前的實際狀況考慮，許多采礦企業(yè)都正在努力引入挖掘機或者其他類似的采礦設備，并由此進一步拓寬了現(xiàn)有支持的適用范圍。而為了先進支持的使用，在設定引線支持時可選用單柱方式，支架也能夠自行調(diào)節(jié)高度，以適應當前的現(xiàn)代化礦山施工技術。

步入新時期以后，礦山項目更適合于領先的技術支持，可以保證整個生產(chǎn)過程的安全有效，而且還可以減少高開采難度。從企業(yè)自身的利益視角出發(fā)，企業(yè)也能夠運用現(xiàn)行的保障舉措來提升生產(chǎn)效益。在實際上，雖然現(xiàn)代化的技術支持涉及多層次的安全問題，但同時又體現(xiàn)了極大的流動性。因此身為礦工，就應該密切關注所涉及的各種安全隱患，并緊密結合在特殊類別的礦山項目，選用最現(xiàn)代化的技術支持管理模式。在關注安全細節(jié)的前提條件下，也應該通過各種方法維護礦山現(xiàn)場的安全性，從而減少了一些生命安全危險。

2 采礦工藝在實際使用中主要應該注意的問題

由上面的說明中可知道，開采工藝有很多種類型，但不管采用哪一類，在建筑施工過程中均應予以重視。首先，在使用空場開采過程的步驟中，可能會發(fā)生采空區(qū)面積問題。此時，施工者必須加以積極解決，并加強礦山資源和圍巖性質(zhì)，以減少其他不必要的重大安全事故。然后，在使用礦產(chǎn)開采的步驟中，應該嚴格根據(jù)礦點設計，選擇合適的開采工序；在使用充填開采過程時，對各個階段的充填方式應該嚴格依據(jù)運行程序和結構。以確保工藝技術有效措施限制了各種重大安全事故的產(chǎn)生；在使用浸出采礦過程時，因為浸出的位置和方式有所不同，在施工過程有必要選擇合適的方式，對淋失的部位和方式進行適當選擇。不管選擇什么礦山工藝，施工流程都面臨相應的危險性，所以采用圍巖加固技術十分關鍵。在施工過程，應該盡量選擇綠色先進的礦山工藝技術，貫徹環(huán)境保護理念，降低資源耗費。同時，對礦山流程進行研究，在基礎上提高礦山工藝技術。

3 超前支護在采礦工程中的應用

3.1 超前支護技術在石門采礦中的應用分析

目前，采礦工程的石門采礦工作正面臨著許多問題，其中以落頂問題最為嚴峻，在此，超前支護技術的運用有效防止了落頂問題的出現(xiàn)，在處理石門采礦的落頂問題上起到了重要的作用。下面為超前支護技術的具體運用分析：①在巷道中見礦石前要進行適當?shù)奶幚砉ぷ?，在距離見礦石的地方2m處打眼，并規(guī)定孔眼間的距離距控在300mm以內(nèi)，孔眼深控在一點8m以內(nèi)，同時施工人員對孔眼間的距離與深淺都要嚴密把握；②需要將孔眼部位均勻分布于巷道周邊，同時在一個孔眼插一條管道，因為管道直徑可調(diào)整，因此工作人員要針對不同的礦井巷道的具體狀況采用各種長短、管徑和厚度的管道。再次實施提前護頂預防措施，在實施炮擊采礦之前必須要嚴密把控提前護頂保障措施，限制炮眼深入小于支護眼深入，同時要嚴密把控鋼材品質(zhì)和管材強度，合理調(diào)節(jié)管材間隙，另外，在每個炮擊前都要仔細核對鋼材狀況，排除問題鋼材并及時替換正常鋼材，核對管材間隙，并針對不合理間隙的鋼材集中分類并進行處理或相應調(diào)節(jié)鋼管間距。

3.2 電耙道修復

礦山作業(yè)中一般以子列折疊的型式應用。在礦山的設計中，必須按照大腦的工作頻率，礦山的主要應用設施都是電力的。不過，在實際工作中，由于采動動載荷的干擾以及二次爆破影響處理，對于礦山作業(yè)，破壞支柱的現(xiàn)象，或者電力斜坡的坍塌都會形成較大的危害，從而妨礙了礦山的順利運轉。因此針對于電力斜坡的重復回料，就需要采用較先進的支撐技術將鋼支撐結構（梯形）設置于電力斜坡的下降部位。I形和字形鋼是支撐的主體材質(zhì)，而工字梁為支撐的主梁，并將電力斜坡和支撐結構緊緊相連，給工作環(huán)境創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境，電氣設備的合理運用。還必須進行加工適用于上述支架結構的工字柱材料，將頂部做成尖頭形，并依據(jù)主橋的中心部位決定用螺栓聯(lián)接推進中心部位的支架，再利用設備將錨索固定于礦井巖體中，并確定傾角，兩個錨索依次前進相應距離，腳手架的搭設建成可以支持落下的巖體強度。電氣巷道修復施工的重點是合理把握固定螺栓的分布，合理固定在巷道的側面上，增加工作面的承載能力，并合理確定巷道中的焊渣數(shù)量，以保證巷道的穩(wěn)固性腳手架。

3.3 礦業(yè)回采中超前保護方式的設計應用

在礦產(chǎn)開采過程中，利用超前保護工藝技術能夠使礦產(chǎn)資源的回采程度和效益明顯地提高，同時也可以實現(xiàn)對其實行二次開發(fā)，特別是當在原有道路上對礦產(chǎn)資源加以開發(fā)時，更必須對超前保護工藝技術予以關注。盡管采礦對人類的生命安全和財產(chǎn)安全造成了一些危險，不過在科學技術發(fā)展越來越精湛的今天，要想提高回采的安全性可以使用超前保護的技術手段來管理和減少危險。在實際應用技術時，既能確保線路距離存在5m，又同時能確保有1m～1.5m的距離，確保放頂回采。當對與廢舊礦場間的連結柱實施回采時會具有一些難度，不過和原路徑比較，仍然有一些優(yōu)點，如花費的費用將會減少，以及穩(wěn)定性也可以很大程度地改善，這也是經(jīng)常使用的方式。當對回采面實施超前保護時，應依據(jù)情況選用適當?shù)闹ёo方法，目前通常采取是以二架飛機構成一隊的使用方法，兩架間通常由防滑的千斤頂構成或相連。而且為確保施工的安全性和防止危險物墜落，必須進行頂板封堵作業(yè)。為保證建筑空隙比較大，以增加礦產(chǎn)的利用效果，在基礎支架的二端和側面，可利用千斤頂進行支護。此外，支撐寬度宜在3.5m以下，長度則盡可能超過3.5m。支架中間留出了足夠寬度的道路，便于搬運和行走。在進行支架支護的過程中，單一人就能夠進行整個支護作業(yè)，比較簡單方便，從而可以減少勞動力成本和減少工作難度。

3.4 超前支護在巷道掘進中的應用

隨著采礦地點的移動礦產(chǎn)挖掘的難度也在提高，相應增大的就是保護難度。目前由于很多礦產(chǎn)公司忽略了對巷道的防護與改進等工作，導致在施工建設過程中發(fā)生了一些重大的塌陷問題，想要有效防止這些問題的出現(xiàn)就必須提高掘進技能。而巷道如果塌陷了就無法繼續(xù)使用，而且一旦再次施工就會嚴重影響整體工程進度，并帶來了巨大的損失，所以這時就應該使用超前支護技術。為全面提高巷道挖掘建筑施工技術水平，提高機械化管理水平十分需要。需要針對工程具體情況選用合適的建筑施工機械設備，在條件許可的情況下才能安裝機載臨時支護設備，從而保證了工程的安全性，提高施工單位的生產(chǎn)效益。而機載臨時支護設備的原理則是將二位三通控制閥和保護油道相連接，供油位置即為綜掘機原站。在具體的工地實際中，常常要求封閉綜掘機油道，同時開啟頂架和側架，頂架柱體上安裝的是支撐鋼帶和鋼筋網(wǎng)，而液壓流體在通過操作閥的處理后就會進入雙向鎖中，并通過對雙向鎖的管理進行加油量的管理。進行以上施工時后主架與頂梁架會同步打開，并上升至所要部位之后便停止與前主架定位一致，當鋼帶在巷道的頂板部位時便可完成打眼與錨索架設的工作。進行全部建筑施工之后，首先要把主架子降低到地面最低點的地方，在梳理好主架子與頂梁架的定位關聯(lián)后，將頂梁架重新安裝到綜掘機上，并封閉整個機器方便于下一施工使用。這項技術要求相對較高，一般機械人只有在無故障工作3000h以上時方可使用這項技術，同時對巷道長度也有較高的規(guī)定，一般適用于在2.3m～4.2m的巷道進行施工。

3.5 超前支護技術給采礦工程人員提供的效益

目前，在礦山工程建設中超前性的保護方法已經(jīng)被應用，礦山施工安全性和有效性比較過去已經(jīng)明顯提高，施工進展比較方便順利，大大提高了公司的經(jīng)營效益。和其他施工方式一樣，由于礦山工程建設在地下進行，安全和穩(wěn)定性很低，各大礦山公司都將施工安全視為重要工作之一。把超前支護應用于采礦工程中，既增加了安全系數(shù)，又提高了工人施工的信心，從而改善了人們對采掘者這一危險職位的評價，也有助于礦業(yè)公司的長期發(fā)展。所以把超前支護技術推廣到采礦工程中，是為企業(yè)增加效益的合理方式。

4 超前支護裝置的改進思路

4.1 應用現(xiàn)代科學技術

伴隨著社會進步和新技術發(fā)展，在現(xiàn)階段，采礦工程人員為了進行更為有效的工作，就必須主動利用各類新科學技術，并緊隨時代的發(fā)展腳步，積極研究并創(chuàng)新具有突破性和創(chuàng)新能力的技術應用方案，以確保采礦工程巷道掘進的成功進行。因此，公司能夠采用安裝通風預警系統(tǒng)的方法進行對巷道實際通風狀況的智能管控，以降低人員的壓力，以降低安全風險，以便更高效的發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，并可以及時進行自動告警，在第一時間告知施工人員，以確保采礦工程安全性，并推動掘進施工的有效進行。

4.2 提升超前支護的防護范圍

提出的機械設備超前支撐裝備，包含了一個鉸合在液壓天篷前部的二個臨時性支撐頂部，在臨時性支撐頂部上表層和液壓天篷上表層相連，在臨時性支撐頂部下表層和液壓天篷下表層聯(lián)接著液壓螺旋千斤頂，在臨時性支撐頂部下表層垂直方向固定有一端方孔槽鋼板，在槽鋼板內(nèi)嵌套垂直度方向的圓鋼，在圓鋼支撐上布設有多對吊鉤，并在吊鉤上安裝木塊。利用這種構造組成了在復雜條件下都可以采用的掘進機械設備超前支撐裝備，在長期支撐頂部和液壓天篷下表層都設置有吊耳，而液壓螺旋千斤頂二端都可鉸合在吊耳上，并由定位銷鎖住。在挖掘設備中原來的超前于長期保護設施基礎上增設了臨時支護頂部，從而增大了臨時支護建筑面積，通過銜接于臨時支護頂部下的由圓鋼支架和木料構成的迎頭支撐安裝，保證了壁梁的長期保護。同時利用螺旋千斤頂?shù)氖辗磐瓿闪伺R時性保護作業(yè)，增大了臨時性的保護建筑面積，更加經(jīng)濟實用，通過嵌套聯(lián)接方式既可避免護木旋轉，又便于安放和拆除。

4.3 優(yōu)化機電一體化

機電一體化技術是當前中國礦產(chǎn)開采工作中重點運用的一項關鍵技術，它可以使相關機械人在相關環(huán)境下進行智能化工作，不但可以大大提高采礦機械工作的高效品質(zhì)，還可以減少人工施工的頻次，在減少人工勞動成本的同時增加機械施工的穩(wěn)定性。做好挖掘機械設備工作狀況的監(jiān)測，能夠對機械一體化使用狀況進行即時監(jiān)測，確保相關機械設備保持有效工作狀態(tài)，提升挖掘和保護施工的效率和工程質(zhì)量管理水平。

4.4 選擇合適的巷道掘進和支護方式

首先，從最初的設計工作開始就需要盡量避免比較復雜的情況，因為這樣實施的時候也就比較簡單，從而節(jié)約了大量人力和支護設備的成本。而現(xiàn)在的技術已經(jīng)比較發(fā)達，所以可以采用數(shù)據(jù)模型的方法先加以建模，因為這樣就可以提高穩(wěn)定性。對于能夠使巷道掘進的工作順利進行，而使用的機械設備也必須要考慮，并且必須結合實際的具體情況來加以選用。而目前中國國內(nèi)設計出來的機械設備，已經(jīng)可以做到在挖掘的同時完成支護的任務。

5 結語

我國有著大量的礦產(chǎn)資源，要確保礦業(yè)經(jīng)濟的良好健康發(fā)展，就一定要提高礦井地底施工的整體安全系數(shù)，并提高礦井地底施工的整體品質(zhì)，唯有如此方可有效保障礦業(yè)經(jīng)濟的良好發(fā)展，并保障廣大人民的生存和財物平安。本文通過分析總結超前支護方式在礦山開拓、采準坑道支護，以及在電耙道二次修復，殘留礦體回采中的幾種工程應用，指出這種支護方法有很強的實用性，可以有效解決礦山的支護與生產(chǎn)問題，掌握和靈活運用這種支護方法對采礦工程具有重要的作用和意義。礦山地面建筑工程質(zhì)量監(jiān)督管理是系統(tǒng)化的管理，觸及面廣，工序復雜，因此需要針對當前市場狀況和施工企業(yè)的實際情況制定并健全地面建筑工程質(zhì)量管理制度，對建筑施工的整個過程實行嚴格規(guī)范，以確保工程質(zhì)量。