煤掘進(jìn)工作中高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用研究

＊柴志勇

（霍州煤電集團(tuán)金能煤業(yè)有限公司調(diào)度室 山西 031400）

1.關(guān)于掘進(jìn)工作工作面高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)簡(jiǎn)要概述

高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)，主要應(yīng)用在煤礦井下巷道的支護(hù)。在應(yīng)用這項(xiàng)高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)之前，技術(shù)人員要做好準(zhǔn)備工作，對(duì)施工的巷道環(huán)境和相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面考察，然后制定科學(xué)的施工計(jì)劃，確保技術(shù)的有效利用。在高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用期間，施工人員必須明確該技術(shù)的應(yīng)用目的和作用。但實(shí)際研究表明，多數(shù)煤礦地下施工條件復(fù)雜，技術(shù)水平普遍較低，而利用高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)，對(duì)提高巷道支護(hù)強(qiáng)度，降低施工中各種事故安全的發(fā)生頻率十分顯著。通過利用高強(qiáng)輔助支護(hù)技術(shù)，可大幅提高巷道施工的安全性，有效避免安全事故的發(fā)生，同時(shí)也防止了冒頂事故對(duì)井下巷道的破壞，也為事故救援爭(zhēng)取了更多的時(shí)間。但在煤礦開采和巷道掘進(jìn)工作中，為利用高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，技術(shù)人員必須對(duì)煤礦井下開采情況進(jìn)行深入了解，全面分析支護(hù)技術(shù)應(yīng)用條件和實(shí)施效果。在高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)應(yīng)用中，要提高對(duì)巷道頂板的支護(hù)能力，以更有效地保護(hù)作業(yè)人員的安全，保障煤礦企業(yè)的正常運(yùn)營。

2.高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的作用及原理

全社會(huì)對(duì)煤炭資源需求增長，促使煤礦產(chǎn)量的持續(xù)增高。如果煤礦企業(yè)采用傳統(tǒng)的采煤方法，就難以滿足社會(huì)發(fā)展的需求。因此，高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，避免了傳統(tǒng)井下采煤及掘進(jìn)工作面的安全隱患。合理的將該支護(hù)技術(shù)應(yīng)用于煤炭掘進(jìn)工程，可大幅提高工程施工效率。煤炭開采活動(dòng)通常在地下進(jìn)行。由于巷道工作面受到圍巖的應(yīng)用沖擊，很容易導(dǎo)致頂板倒塌。利用工作面超強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，可為施工人員提供相對(duì)安全的施工環(huán)境，預(yù)防安全事故的發(fā)生。掘進(jìn)工作面應(yīng)用高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，不僅有效提高了掘進(jìn)作業(yè)的效率，而且促進(jìn)了煤炭開采的產(chǎn)量。在實(shí)際掘進(jìn)工作中，由于井下掘進(jìn)工作面圍巖松軟，如果不能有效利用其支護(hù)技術(shù)，將難以控制巷道的掘進(jìn)方向和質(zhì)量，并影響掘進(jìn)工作面整體效率。此外，巷道承受著巨大的壓力，如果不合理進(jìn)行控制就會(huì)坍塌。而高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，科學(xué)的避免上述問題，加快了礦山巷道施工速度，提高了掘進(jìn)工作面的安全性。就該技術(shù)的特點(diǎn)而言，其要求相對(duì)較低，但在工作中要評(píng)估各種因素對(duì)技術(shù)應(yīng)用效果的影響。利用垂直錨桿的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過科學(xué)估算完成工作面的支護(hù)作業(yè)。在確定錨桿的支護(hù)長度和選擇直徑后，要控制對(duì)巷道圍巖的承載能力。在支護(hù)設(shè)計(jì)過程中，技術(shù)人員必須合理設(shè)計(jì)錨桿間距離，以有效提高支護(hù)設(shè)計(jì)的科學(xué)性。通過高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，解決各掘進(jìn)巷道的變形問題，減少圍巖應(yīng)力作用對(duì)掘進(jìn)工作產(chǎn)生的影響，提升了煤礦企業(yè)效益。

3.高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)特點(diǎn)

在實(shí)際工作中，傳統(tǒng)煤礦開采多集中在地表區(qū)域。但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)煤礦產(chǎn)量的需求不斷增加。這也使更多先進(jìn)的技術(shù)逐步被應(yīng)用，煤礦開采淺表向深層地下延伸。通常情況下，由于圍巖結(jié)構(gòu)、地質(zhì)等因素影響，煤礦巷道頂板經(jīng)常發(fā)生坍塌。為保證煤礦井下掘進(jìn)生產(chǎn)的順利運(yùn)行，多數(shù)企業(yè)都在積極的采用高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)。不僅實(shí)現(xiàn)了加固頂板，保持巷道整體穩(wěn)定的作用，同時(shí)也保證人員工作的安全性。在實(shí)際應(yīng)用中，高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)有：首先是技術(shù)人員在采用高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)中，不僅對(duì)主要巷道進(jìn)行加固，還對(duì)提升其有效荷載發(fā)揮了重要作用。由于有效提升了巷道的承載能力，因此提升了巷道內(nèi)的安全穩(wěn)定。其次，進(jìn)行高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，對(duì)員工的操作要求總體上來說不高，所以實(shí)際操作簡(jiǎn)單，減少了企業(yè)的資金投入。其三，該技術(shù)在非常惡劣的采礦條件下也正常使用，方便靈活。其四，通過全面應(yīng)用高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)，煤礦企業(yè)能有效降低巷道的養(yǎng)護(hù)成本，延長了巷道使用壽命。同時(shí)在采用該技術(shù)前，充分考慮了環(huán)境和圍巖情況，能優(yōu)化選擇進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)的方法。通過科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，保證了巷道掘進(jìn)工作的順利進(jìn)行，改善了人員工作的安全性。

4.高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

目前，國內(nèi)煤礦支護(hù)技術(shù)還處于起步的階段。尤其是高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，研究時(shí)間相對(duì)較短。雖然高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的利用，對(duì)煤礦企業(yè)產(chǎn)生了積極影響，但尚不能為煤礦開采提供完善的支護(hù)，其配套施工技術(shù)也存在一定的問題，影響實(shí)際應(yīng)用效果。首先，在高應(yīng)力區(qū)以及應(yīng)用延空留巷施工技術(shù)時(shí)，高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)存在一定的使用缺陷。由于煤炭掘進(jìn)工作面受到多種因素影響，許多技術(shù)在開采中無法發(fā)揮作用，導(dǎo)致掘進(jìn)工作面和煤炭開采進(jìn)度不平衡，無法正常繼續(xù)。其次，煤礦施工人員在使用支護(hù)技術(shù)時(shí)，也會(huì)遇到一些技術(shù)和操作問題，如施工技術(shù)的水平很低，操作過程不符合規(guī)范要求。導(dǎo)致高強(qiáng)度支護(hù)技術(shù)在施工過程中，出現(xiàn)重大失誤。其三，巷道曲率是巷道掘進(jìn)作業(yè)中的一個(gè)主要問題。在施工過程中，計(jì)算或工作失誤都會(huì)在造成巷道支護(hù)力不足的問題。其四，煤礦企業(yè)應(yīng)高度重視煤炭開采過程。當(dāng)采礦過程出現(xiàn)巷道支護(hù)問題時(shí)，會(huì)造成巷道嚴(yán)重變形，并對(duì)采礦工作產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致冒頂事故發(fā)生，如果施工人員不加以防范，會(huì)帶來災(zāi)難性后果。要發(fā)揮高強(qiáng)度支護(hù)的作用，在使用前必須分析該技術(shù)的特點(diǎn)和工作原理，以確保能夠滿足煤炭巷道支護(hù)的要求。

一般情況下，不同的高強(qiáng)度配套支護(hù)技術(shù)具有不同的特點(diǎn)，工作人員必須了解開采圍巖環(huán)境和掘進(jìn)巷道的實(shí)際情況，然后合理選擇組合支護(hù)技術(shù)，使整個(gè)支護(hù)技術(shù)框架得到優(yōu)化，煤礦巷道斷面的支護(hù)強(qiáng)度控制在合理范圍內(nèi)，提高掘進(jìn)工作的支護(hù)質(zhì)量。同時(shí)，技術(shù)人員在開始掘進(jìn)作業(yè)前，須對(duì)煤礦井下施工環(huán)境收集數(shù)據(jù)，以便科學(xué)制定支護(hù)實(shí)施方案。高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以有效減少施工人員的工作量，增加企業(yè)收益。在掘進(jìn)工程中，技術(shù)人員也要根據(jù)情況，對(duì)支護(hù)技術(shù)方案進(jìn)行適當(dāng)完善，進(jìn)一步增強(qiáng)巷道支護(hù)的穩(wěn)定性。

5.高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)在巷道掘進(jìn)和采煤工作中的應(yīng)用

從目前來看，為提高煤礦巷道整體安全性，煤礦企業(yè)往往實(shí)施高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，以有效提高采煤過程安全及施工質(zhì)量。

一是利用煤礦專用支護(hù)型鋼進(jìn)行支護(hù)。由于地理環(huán)境因素會(huì)對(duì)煤礦生產(chǎn)及掘進(jìn)工程產(chǎn)生直接影響。在掘進(jìn)工作面圍巖相對(duì)穩(wěn)定的情況下，技術(shù)人員通常采用型鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行工作面的支護(hù)，以對(duì)圍巖起到良好的加固效果。在此過程中，技術(shù)人員必須控制支護(hù)型鋼支架的拉伸和剪切性能，確保支護(hù)系統(tǒng)滿足工程面支護(hù)要求。同時(shí)必須要對(duì)鋼架的承載力進(jìn)行有效控制，提升型鋼支架的載荷能力。

二是可伸縮支護(hù)。它是煤礦井下比較常見的支護(hù)形式。伸縮式支架與其他支護(hù)形式有很大不同，它能有效適應(yīng)于煤礦開采的各種作業(yè)環(huán)境以用橫截面較小的掘進(jìn)巷道。技術(shù)人員要通過分析研究工作面情況，提高可伸縮支架的承壓能力。

三是工作面預(yù)留煤柱技術(shù)。它是比較傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)。在采煤工作面的上、下順槽間隔一定距離設(shè)置煤柱，利用煤柱自身的支護(hù)能力起到支護(hù)頂板的作用。該方法操作簡(jiǎn)單，還能可以滿足巷道排水的需要，但缺點(diǎn)是巷道掘進(jìn)工作量大，煤炭資源回收率低，并且對(duì)頂板圍巖條件要求比較高。

6.煤礦井下掘進(jìn)高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)

(1)噴射混凝土支護(hù)技術(shù)

在煤礦開采過程中，噴射混凝土是比較重要的支護(hù)技術(shù)，有效解決了巖層支護(hù)問題，通過及時(shí)加固，幫助工作面更好地完成掘進(jìn)工作，提高了周圍巖石的穩(wěn)定性。噴射混凝土技術(shù)必須考慮噴射混凝土的特點(diǎn)，以提高巷道支護(hù)工程的整體效果。一般情況下，在安全穩(wěn)定的壓縮空氣條件下，能增加噴涂時(shí)的支護(hù)效果，提高掘進(jìn)巷道的穩(wěn)定性和安全性。在噴涂過程中，水泥砂漿以直接噴涂為主，而干混凝土操作時(shí)應(yīng)與砂漿混合。在操作過程中，施工人員應(yīng)嚴(yán)格控制物料的合理利用避免浪費(fèi)。此外，要及時(shí)對(duì)各種材料和設(shè)備的情況進(jìn)行合理的數(shù)據(jù)分析，為改善和加強(qiáng)支護(hù)研究提供有效的數(shù)據(jù)支持。

(2)高強(qiáng)度聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

高強(qiáng)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，有主動(dòng)性支護(hù)的特點(diǎn)，與其他支護(hù)方式相結(jié)合，進(jìn)一步提升工作面的支護(hù)效果。如可以應(yīng)用錨固支護(hù)與型鋼框架支護(hù)的結(jié)合，增加對(duì)周圍巖石的支護(hù)效果。在實(shí)踐支護(hù)過程中，采用組合支護(hù)技術(shù)能有效解決煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)變形的問題。將支架連接到巷道的頂部和兩側(cè)圍巖，內(nèi)部和外部支護(hù)通過錨桿協(xié)調(diào)。支架的作用是增加對(duì)巷道支護(hù)的作用，再通過噴射混凝土將圍巖進(jìn)行封閉以提高對(duì)巷道的支護(hù)效果。使用高強(qiáng)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)可以主動(dòng)對(duì)煤礦周圍的巖石進(jìn)行支護(hù)，達(dá)到固定支護(hù)周圍巖石的效果。

但聯(lián)合支護(hù)技術(shù)的使用應(yīng)，合理的結(jié)合支護(hù)方案的具體情況，并且要對(duì)支護(hù)周圍巖石施加預(yù)應(yīng)力，以有效提高支護(hù)安全。另外聯(lián)合支護(hù)的使用還體現(xiàn)在廣度上，可綜合多種支護(hù)方式，解決不同支護(hù)方式的缺陷。例如：錨桿與鋼型材進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用、錨桿與錨索聯(lián)合去接等，具體要根據(jù)掘進(jìn)巷道的具體條件合理進(jìn)行選擇以實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)工作面的有效支護(hù)。

(3)錨桿支護(hù)技術(shù)

錨桿支護(hù)廣泛應(yīng)用于煤礦開采和巷道掘進(jìn)工程。作為高強(qiáng)度支護(hù)的重要手段，其應(yīng)用可以有效地對(duì)掘進(jìn)巷道的圍巖進(jìn)行支護(hù)。通過對(duì)錨桿的連接、加固過程，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定巷道圍巖的作用。在具體的使用過程中，通過對(duì)巖層或穩(wěn)定地層的錨固方法，保護(hù)被破壞的巖層空間結(jié)構(gòu)，主動(dòng)加固巖層，保證了掘進(jìn)巷道作業(yè)環(huán)境的安全。在錨桿支護(hù)技術(shù)下，組合錨桿技術(shù)更為常用，通過組合梁的共同作用，在煤礦掘進(jìn)巷道中形成梁狀結(jié)構(gòu)，防止了頂板脫落現(xiàn)象。需要注意的是，錨桿安裝完成后，必須進(jìn)行有效的加固，施加一定的預(yù)緊力，形成合理的錨桿組，在圍巖內(nèi)部形成相對(duì)封閉并具有主動(dòng)承載力的組合梁結(jié)構(gòu)，提高了錨桿支護(hù)效果。通常情況下，錨桿支護(hù)技術(shù)專注于煤礦掘進(jìn)作業(yè)工作面的支護(hù)，并具有較高的安全防護(hù)效果。

此外，在煤礦巷道掘進(jìn)過程中，采用聯(lián)合錨桿支護(hù)技術(shù)，還應(yīng)注意優(yōu)化掘進(jìn)支護(hù)方案。在原有支護(hù)方案的基礎(chǔ)上，對(duì)特定的圍巖條件進(jìn)行整體考慮。根據(jù)巷道的結(jié)構(gòu)、斷面、作用、承載能力等因素，完成詳細(xì)的優(yōu)化和支護(hù)設(shè)計(jì)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算支架和錨桿支架數(shù)量和位置。考慮到巷道連續(xù)作業(yè)，在施工期可能發(fā)生周圍巖石變形的現(xiàn)象，通常要增加錨桿的長度來加固圍巖的支護(hù)強(qiáng)度。同時(shí)，應(yīng)用錨桿支護(hù)要做好錨桿質(zhì)量的驗(yàn)證工作。必須通過承載力測(cè)試的方法，滿足錨桿足夠的錨固力，才能起到支護(hù)掘進(jìn)工作面的效果[4]。

(4)型鋼支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

我國煤炭資源較為豐富，但開采條件與先進(jìn)國家相比還算相對(duì)落后。有的煤礦井下生產(chǎn)條件非常差。在惡劣的環(huán)境下，煤炭開采和巷道掘進(jìn)工作會(huì)非常困難，同時(shí)也對(duì)井下工人的生命構(gòu)成了威脅。因此，煤礦企業(yè)須利用現(xiàn)有的礦用型鋼資源，對(duì)掘進(jìn)工作面進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，以促進(jìn)掘進(jìn)巷道的順利完成。在使用型鋼支護(hù)掘進(jìn)的過程中，操作人員要嚴(yán)格控制好型鋼支架的抗壓強(qiáng)度，同時(shí)控制好掘進(jìn)指標(biāo)，以滿足企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需要。此外，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)好掘進(jìn)支護(hù)段鋼材的承載力，以保證滿足掘進(jìn)過程中的最大強(qiáng)度，防止在巷道掘進(jìn)過程中發(fā)生冒頂片幫等工程意外[1]。

(5)光面爆破加錨噴聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

通過使用光面爆破技術(shù)加錨噴射混凝射技術(shù)，可有效控制巖石掘進(jìn)及支護(hù)過程的穩(wěn)定性。其原理是通過科學(xué)使用炸藥量以及合理布置掏槽眼以及周邊輔助眼，減少對(duì)圍巖的破壞。同時(shí)通過錨網(wǎng)噴技術(shù)及時(shí)對(duì)暴露的圍巖進(jìn)行封閉，起到加固巖石作用。采用合理應(yīng)用該技術(shù)，可全面增加掘進(jìn)工作面及巷道的穩(wěn)定性，有效預(yù)防安全事故的發(fā)生，提高掘進(jìn)工作質(zhì)量和效率。對(duì)整個(gè)礦建工程的產(chǎn)生了重要影響。如該技術(shù)可有效預(yù)防在施工中發(fā)生巖層脫落的現(xiàn)象。因?yàn)橹饕^桿發(fā)揮了其良好的支護(hù)作用，起到懸吊梁和組合拱的作用，對(duì)巷道整個(gè)體巖體起到加固的作用。并對(duì)圍巖產(chǎn)生連續(xù)的主動(dòng)作用力。在整個(gè)巷道掘進(jìn)過程中，除了發(fā)揮巷道加固的作用能力外，還起到補(bǔ)強(qiáng)作用，防止了發(fā)生危險(xiǎn)事故的可能性，延長井下巷道的使用壽命，減少了礦建資金投入[2]。

(6)使用高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的注意事項(xiàng)

目前，整體來說煤礦開采和掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，取得了良好的成果。雖然掘進(jìn)工作面高強(qiáng)度支護(hù)的使用十分普遍，但在實(shí)施中仍然存在一些重要問題需要解決。技術(shù)管理人員必須將重點(diǎn)放在以下幾方面的內(nèi)容。

①在高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)使用前，負(fù)責(zé)掘進(jìn)工作面管理人員和施工人員，必須先到井下現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面勘查和分析。在此過程中，全面了解松弛圈和頂板巖層的情況。獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)后，及時(shí)優(yōu)化和調(diào)整施工方案，以確保掘進(jìn)工作安全順利進(jìn)行。

②在高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)使用時(shí)，技術(shù)人員要仔細(xì)檢查設(shè)備是否齊全，以及性能使用狀況。同時(shí)，應(yīng)讓有經(jīng)驗(yàn)的員工參與掘進(jìn)工作面的支護(hù)工作。在進(jìn)行支護(hù)作業(yè)時(shí)，如使用錨網(wǎng)索（桿）時(shí)，應(yīng)在槽鋼（托盤）與錨索（桿）之間有足夠的支撐力，以全面增加對(duì)巷道的支護(hù)強(qiáng)度。以更好提升巷道支護(hù)效果。

③另外，在煤礦掘進(jìn)開采過程中，為保證支護(hù)技術(shù)的作用，人員應(yīng)深入工作現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)掘進(jìn)面情況優(yōu)化支護(hù)措施和方法。以保證工作面支護(hù)的效果。在使用高強(qiáng)度支護(hù)時(shí)，煤礦企業(yè)要做好對(duì)支護(hù)技術(shù)人員的專業(yè)培訓(xùn)，以有效提高施工人員的綜合素質(zhì)和操作能力。

④施工人員在進(jìn)行工作面支護(hù)技術(shù)時(shí)，如人員對(duì)支護(hù)技術(shù)沒有足夠的理解，或沒有掌握支護(hù)技術(shù)，則很難充分發(fā)揮高強(qiáng)支護(hù)的作用。因此，在進(jìn)行工作面高強(qiáng)度支護(hù)前，必須要確保人員成功掌握各項(xiàng)支護(hù)技術(shù)及關(guān)鍵操作環(huán)節(jié)[3]。

7.結(jié)束語

總之，煤炭開采中發(fā)生的安全事故是無法絕對(duì)避免的。為有效減少掘進(jìn)工作面安全事故的發(fā)生，要科學(xué)地應(yīng)用各項(xiàng)技術(shù)措施和合理的支護(hù)技術(shù)，為巷道提供有效支護(hù)力，保護(hù)煤礦工人的作業(yè)安全。提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。為煤炭企業(yè)的發(fā)展發(fā)揮積極促進(jìn)作用。