采煤掘進(jìn)過(guò)程中高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

黨永變

(山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司 屯蘭礦, 山西 古交 030299)

煤炭資源是我國(guó)能源發(fā)展的重要組成部分,但是煤炭采掘中存在著一系列的安全風(fēng)險(xiǎn)。特別是在采煤掘進(jìn)過(guò)程中,因?yàn)榈刭|(zhì)條件的復(fù)雜性和煤層厚度的變化等因素的影響,通常需要進(jìn)行高強(qiáng)度支護(hù)。對(duì)于煤炭企業(yè)來(lái)說(shuō),如何保證采煤掘進(jìn)過(guò)程中的安全生產(chǎn),提高采煤效率是需要解決的難題。因此,通過(guò)研究高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)在采煤掘進(jìn)過(guò)程中的應(yīng)用,為煤炭企業(yè)提供可行性建議,實(shí)現(xiàn)采煤掘進(jìn)過(guò)程的安全、高效。

1 高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)原理

煤炭采掘過(guò)程中,掘進(jìn)工作是最容易發(fā)生事故的環(huán)節(jié)之一。掘進(jìn)工作主要包括鉆孔、爆破、支護(hù)等環(huán)節(jié)[1]. 其中,支護(hù)是確保掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)地質(zhì)變形或者崩塌時(shí)保障工作人員生命安全的重要措施。高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的基本原理是采用高強(qiáng)度的錨桿及鋼網(wǎng)組合做支護(hù)材料,通過(guò)加固、限制煤層位移,以避免煤層塌陷或地質(zhì)變形等安全隱患的發(fā)生。

高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)能夠應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和采煤條件,并且具有支護(hù)效果可靠、施工快捷、資源消耗少等優(yōu)點(diǎn)。1) 高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)將錨桿及鋼絲網(wǎng)牢固地固定和嵌入到巖石和煤層的壁面上起到支撐和加固的作用。與傳統(tǒng)支護(hù)方法相比,高強(qiáng)度的鋼材和可靠的固定方式能夠更好地承受來(lái)自地質(zhì)環(huán)境的壓力,確保支護(hù)效果符合設(shè)計(jì)要求。2) 高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)還可以對(duì)需要支護(hù)的煤層進(jìn)行分類管理。鉆孔機(jī)器將孔鉆入到煤層中,鋼筋框架最后套在煤層外圍,然后注入混凝土使其灌滿孔洞。這種方法常常被用于支護(hù)堅(jiān)硬巖石和大尺度的煤層,以確保其不會(huì)發(fā)生塌陷。3) 高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)還可以根據(jù)采掘過(guò)程中的需要,根據(jù)不同采煤方法、不同煤層性質(zhì)等多種因素定制和調(diào)整支護(hù)方案,從而實(shí)現(xiàn)更好的支護(hù)效果。同時(shí),為了確保錨桿和鋼絲網(wǎng)能夠牢固地嵌入煤層壁面,可以精細(xì)化設(shè)計(jì)支護(hù)方式,使支護(hù)更加堅(jiān)固。

2 高強(qiáng)支護(hù)種類

煤礦掘進(jìn)過(guò)程中高強(qiáng)支護(hù)的類型有很多,常見的有吊環(huán)式前探梁、吊鏈?zhǔn)角疤搅骸误w柱配π型鋼前探梁、單體液壓支柱配鉸接頂梁等。

2.1 吊環(huán)式前探梁

吊環(huán)式前探梁由11#礦用工字鋼或型鋼制成,長(zhǎng)度大于3.0 m,固定在兩根吊掛前探支架上,吊環(huán)固定,然后在中間沿巷道中線布置,兩側(cè)各有前探梁距中間一根1.0 m,并且每根前探梁要使用不少于2個(gè)固定點(diǎn)進(jìn)行固定。前探梁與迎頭端面的距離不得大于0.3 m,超前支護(hù)距兩幫端面距離也不得超過(guò)0.3 m.此外,吊環(huán)的強(qiáng)度必須與前探梁的強(qiáng)度相匹配,上吊環(huán)的錨桿留有40～100 mm的絲扣,以確保吊環(huán)的牢固性。吊環(huán)式前探梁以牢固、穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于高強(qiáng)支護(hù)施工中[2]. 在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,應(yīng)注重制作質(zhì)量和精度,正確操作,以保證支護(hù)質(zhì)量和效果。

2.2 吊鏈?zhǔn)角疤搅?/h3>

吊鏈?zhǔn)角疤搅河尚弯撝瞥?長(zhǎng)度大于3.5 m,使用兩根吊掛前探支架固定,中間一根沿著巷道中心線布置,兩側(cè)前探梁距中間一根的距離為1.0～1.2 m,并且每根前探梁至少使用2個(gè)固定點(diǎn)進(jìn)行固定。前探梁到迎頭端面的距離不得超過(guò)0.3 m.在架設(shè)前,需要先進(jìn)行敲幫問(wèn)頂,清理浮巖活石,然后再移動(dòng)前探梁。所有的工作必須在完好的永久支護(hù)或臨時(shí)支護(hù)下進(jìn)行,嚴(yán)禁空頂作業(yè)。吊鏈?zhǔn)角疤搅菏且环N高效、安裝方便的支護(hù)設(shè)備,有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn),可以有效提高支護(hù)質(zhì)量和效率。在使用前,必須對(duì)井壁進(jìn)行檢查,確保安全,避免意外事故發(fā)生。

2.3 單體柱配π型鋼前探梁

單體柱配π型鋼前探梁由型鋼制成,長(zhǎng)度大于3.5 m,使用外注式單體液壓支柱支撐(梁三柱)固定。每?jī)蓷l前探梁之間距離為1.0 m,每根前探梁至少需要使用3個(gè)單體液壓支柱進(jìn)行固定。前探梁到迎頭的端面距離不得超過(guò)0.3 m. 在前探梁上方,需要使用專用方木(規(guī)格為長(zhǎng)160 mm×寬120 mm×高3 200 mm)、穿桿、木楔等輔助支護(hù)設(shè)備,超前支護(hù)距離兩側(cè)幫頂?shù)亩嗣婢嚯x不能超過(guò)0.3 m.在架設(shè)前,需要先進(jìn)行敲幫問(wèn)頂、清理浮巖和活石,然后再將前探梁移動(dòng)到指定位置。單體柱配 π型鋼前探梁具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、架設(shè)方便、使用靈活等特點(diǎn),能夠有效提高支護(hù)質(zhì)量和效率。

2.4 單體液壓支柱配鉸接頂梁

單體液壓支柱配鉸接頂梁支護(hù)使用單體液壓支柱作為支撐,選用HDJA—1200型金屬鉸接頂梁進(jìn)行支護(hù),柱距為1.2 m,排距為0.9～1.2 m,距幫不大于0.6 m,柱子打在頂梁中部。每次放炮后,立即掛上頂梁插上水平銷,在頂梁的掩護(hù)下鋪上鋼筋網(wǎng)并打上水平楔,最后在頂梁下方支設(shè)單體液壓支柱。在單體支護(hù)的施工過(guò)程中,需要注意以下事項(xiàng):所有基礎(chǔ)柱的初撐力不低于90 kN;每班對(duì)單體液壓支柱進(jìn)行巡查管理,發(fā)現(xiàn)漏液、卸載的單體液壓支柱及時(shí)進(jìn)行更換,確保支柱全承載支護(hù)。

3 應(yīng)用注意問(wèn)題

3.1 應(yīng)用前需要注意問(wèn)題

在采煤掘進(jìn)過(guò)程需要根據(jù)具體情況選擇適合的高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)。不同地質(zhì)條件、掘進(jìn)方式和煤層結(jié)構(gòu)等因素會(huì)對(duì)高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)產(chǎn)生影響,因此,在采煤前需要針對(duì)這些因素進(jìn)行綜合考慮,選擇最適合的技術(shù),以達(dá)到最理想的支護(hù)效果。其次,高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的材料和質(zhì)量也需要引起重視。材料的性能與質(zhì)量將影響支護(hù)的效果及維護(hù)成本。采取優(yōu)質(zhì)的支護(hù)材料并確保施工質(zhì)量,尤其是在處理強(qiáng)度較低的巖石時(shí),嚴(yán)格按照水平臺(tái)面定位曲線施工,可有效減少煤礦災(zāi)難事故的發(fā)生。

3.2 應(yīng)用中需要注意問(wèn)題

1) 選用合適的支護(hù)體系。

高強(qiáng)度支護(hù)可以采用多種支護(hù)體系,如約束式混凝土拱架、齒形鋼撐桿與壓實(shí)加密填礦等。在選擇支護(hù)體系時(shí),應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、煤層構(gòu)造等因素選擇合適的方式。對(duì)于具有強(qiáng)變形性、脆性差的硬巖地層,應(yīng)采用約束式混凝土拱架等較剛性的支護(hù)體系;對(duì)于具有較強(qiáng)塑性的軟巖地層,應(yīng)采用齒形鋼撐桿與壓實(shí)加密填礦等較柔性的支護(hù)體系。

2) 選擇合適的施工方案。

高強(qiáng)支護(hù)的施工方案要根據(jù)煤層的結(jié)構(gòu)情況、巖性及地應(yīng)力狀態(tài),煤層開采方式及封閉條件等因素進(jìn)行設(shè)計(jì),合理確定支柱的密度、根數(shù)、長(zhǎng)度及固結(jié)方式等參數(shù),施工時(shí)除了需要制定合理的施工方案外,還要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整支撐點(diǎn)的位置和間距,減少支架變形,提高支撐效果,以達(dá)到最理想的支護(hù)效果。

3) 選用先進(jìn)的技術(shù)裝備。

支柱材質(zhì)應(yīng)選擇適宜的鋼管或鋼板,并考慮加強(qiáng)堅(jiān)固性,以保證支撐效果。此外,作為一個(gè)重要的施工專用設(shè)備,鉆機(jī)的選用也應(yīng)該謹(jǐn)慎。應(yīng)優(yōu)先選擇鉆速高、操作簡(jiǎn)單、振動(dòng)小、噪音低、易于維護(hù)的機(jī)型。在施工過(guò)程中采用先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)和裝備,對(duì)支架狀態(tài)及變形情況進(jìn)行精確測(cè)量和記錄,保證支撐的質(zhì)量和穩(wěn)定性,并為后續(xù)工作提供可靠數(shù)據(jù)。

4) 加強(qiáng)施工隊(duì)伍管理。

高強(qiáng)支護(hù)施工隊(duì)伍也是高強(qiáng)支護(hù)成功的關(guān)鍵因素之一。施工隊(duì)伍應(yīng)有必要的技術(shù)水平,熟悉支護(hù)設(shè)備及各種支護(hù)材料的特性,并掌握專業(yè)知識(shí),以便能更好地應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。此外施工隊(duì)員還需要完善工作計(jì)劃,嚴(yán)格按照工作程序進(jìn)行支護(hù)施工,保證質(zhì)量和安全。同時(shí),還需加強(qiáng)工作人員的安全意識(shí),并配備足夠的安全設(shè)備,使工作人員安全可靠地完成支護(hù)施工任務(wù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)在采煤掘進(jìn)過(guò)程中的應(yīng)用是為了保障工人的人身安全,提高煤礦生產(chǎn)效率和質(zhì)量。通過(guò)對(duì)該技術(shù)的研究,可以更好地了解其工作原理和施工方法,從而更加科學(xué)地設(shè)計(jì)和實(shí)施煤礦支護(hù)工程,提高煤礦支護(hù)的質(zhì)量和效率,減少事故的發(fā)生。高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)在采煤掘進(jìn)中的應(yīng)用是一項(xiàng)重要的技術(shù)手段,對(duì)于推動(dòng)煤礦現(xiàn)代化建設(shè),提升煤炭行業(yè)的發(fā)展水平具有重要意義。