煤礦掘進支護應用探討

郭世杰

摘 要:闡述了煤礦掘進支護的重要意義,分析了當前煤礦掘進支護發(fā)展現(xiàn)狀,提出了煤礦掘進支護應用的對策措施,以提高煤礦安全生產(chǎn)水平。

關鍵詞:煤礦掘進支護應用

中圖分類號:TD353.6 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(c)-0071-01

1 引言

我國的煤礦生產(chǎn)多數(shù)是在地下進行,露天開采的數(shù)量極為有限,根據(jù)有關統(tǒng)計數(shù)據(jù),我國大部分煤礦開采近八成以上均需要在地下進行,這種井工開采,井下作業(yè),需要在地表以下開掘大量巷道,以實現(xiàn)采煤與運輸?shù)母咝н\行。由于地下礦井地質條件復雜、作業(yè)施工環(huán)境惡劣,搞好煤礦掘進支護,提高巷道暢通與圍巖穩(wěn)定水平,對提升煤礦安全生產(chǎn)質量與水平具有十分重要的現(xiàn)實意義。在這種背景之下,積極探索煤礦掘進支護的相關應用技術,提高煤礦掘進支護水平,對促進煤礦可持續(xù)發(fā)展意義重大。

2 煤礦掘進支護發(fā)展現(xiàn)狀

隨著煤礦開采強度與范圍顯著增加,巷道布置出現(xiàn)了以下發(fā)展方向:一是在巷道層位方面,永久性巷道從巖巷向煤巷發(fā)展,以提高掘進速度,縮短建井周期;放頂煤開采技術的廣泛應用,使得回采巷道從巖石頂板煤巷向煤層頂板巷道和全煤巷道發(fā)展。二是在巷道斷面形狀與大小方面,拱形斷面向矩形斷面發(fā)展,以提高掘進速度與斷面利用率,回采巷道有利于采煤工作面的快速推進;小斷面向大斷面發(fā)展,以滿足大型采掘設備與高開采強度的要求。三是在回采巷道數(shù)量方面,單巷布置向多巷發(fā)展,以滿足高瓦斯礦井及大型礦井運輸、通風的要求。四是從巷道賦存條件方面,埋深從淺部向深部發(fā)展,簡單地質條件向復雜地質條件發(fā)展。所有這些發(fā)展趨勢都增加了巷道支護難度,對支護技術提出更高、更苛刻的要求。

煤礦巷道支護經(jīng)歷了木支護、砌碹支護、型鋼支護到錨桿支護的漫長過程。我國煤礦于20世紀50年代開始在巖巷中使用錨桿支護,至今已有半個多世紀的歷史。錨桿支護經(jīng)歷了從低強度、高強度到高預應力、強力支護的發(fā)展過程。早期的錨桿主要是機械錨固錨桿、鋼絲繩砂漿錨桿、端部錨固樹脂錨桿、快硬水泥錨桿及管縫式錨桿等。這些錨桿支護強度與剛度低,支護原理上仍屬于被動支護,只適應于簡單地質條件。對高強度錨桿支護技術是由澳大利亞引進的錨桿支護技術。近年來,為了解決深部及復雜困難巷道支護難題,又開發(fā)出高預應力、強力錨桿支護技術。不僅重視錨桿的強度,而且更重視支護系統(tǒng)的剛度,特別是錨桿預應力的重要性,真正實現(xiàn)了錨桿的主動、及時支護,充分發(fā)揮了錨桿的支護作用。

井下應用大幅度減少了巷道圍巖變形與破壞,巷道支護與安全狀況發(fā)生了本質改變。同時,實現(xiàn)了高強度、高剛度、高可靠性與低支護密度的“三高一低”的現(xiàn)代錨桿支護設計理念,在保證支護效果的前提下,顯著提高了巷道掘進速度與工效。目前,國有大中型煤礦的煤巷錨桿支護率達到六成以上,有些礦區(qū)超過了九成。我國煤礦已經(jīng)形成了有中國特色的煤巷錨桿支護成套技術體系,錨桿支護已經(jīng)成為煤礦巷道首選的、安全高效的主要支護方式。它深刻地改變了礦井的開拓部署與巷道布置方式,對我國高產(chǎn)高效礦井建設、煤炭產(chǎn)量與效益的大幅度提高及安全狀況的改善起到不可替代的重要作用。

3煤礦掘進支護應用對策

3.1 吊環(huán)式前探梁應用

采用三根吊掛前探支架做為臨時支護。前探梁采用11#礦用工字鋼或π型鋼制作,長度大于3.0m,用吊環(huán)固定。中間一根沿巷道中線布置,兩側前探梁距中間一根1.0m,每根前探梁不少于2個固定點。前探梁到迎頭的端面距不得大于0.3m。前探梁上方使用專用方木、構木、木契等,超前支護距兩幫端面距不超過0.3m。吊環(huán)的強度要與前探梁的強度相匹配。上吊環(huán)的錨桿必須留有40～100mm的絲扣,以保證吊環(huán)的牢固。吊環(huán)必須全部上入錨桿,要求上緊上牢上滿絲;在前探梁臨時支護掩護下,再進行其他工作。架設前要先進行敲幫問頂,清理浮矸活石,然后前移前探梁。

3.2 吊鏈時前探梁應用

采用三根吊掛前探梁做為臨時支護。前探梁采用π型鋼制作,長度大于3.5m,用吊環(huán)固定。中間一根沿巷道中線布置,兩側前探梁距中間一根1.0-1.2m,每根前探梁不少于2個固定點。前探梁到迎頭的端面距不得大于0.3m。超前支護距兩幫不超過0.3m。架設前要先進行敲幫問頂,清理浮矸活石,然后前移前探梁。一切工作必須在完好的永久支護或臨時支護下進行,嚴禁空頂作業(yè)。迎頭10m范圍內的棚必須使用聯(lián)棚器進行連鎖加固,每架棚使用兩個聯(lián)棚器,聯(lián)棚器使在距離底板1m處,施工中,遇特殊情況使不上聯(lián)棚器時,必須用鐵镢子進行防倒加固。

3.3 單體柱配π型鋼前探梁應用

前探梁采用π型鋼制作,長度大于3.5m,用外注式單體液壓支柱支設(一梁三柱)。每兩條前探梁間距1.0m,每根前探梁不少于3個單體液壓支柱。前探梁到迎頭的端面距不得大于0.3m。前探梁上方使用專用方木(規(guī)格160×120×3200mm)、穿桿、木楔等,超前支護距兩幫端面距不超過0.3m。架設前要先進行敲幫問頂,清理浮矸活石,然后前移前探梁。

3.4 單體液壓支柱配鉸接頂梁支護應用

支護采用單體液壓支柱配選用HDJA—1200型金屬鉸接頂梁,柱距1.2m、排距0.9-1.2m、距幫不大于0.6m,柱子打在頂梁的中部。每次放炮后立即掛上頂梁插上水平銷,在頂梁的掩護下,鋪上鋼筋網(wǎng),打上水平楔,然后在頂梁下支設單體液壓支柱。鋪網(wǎng)要求:網(wǎng)要緊貼巖面,搭接0.2m,每隔0.2m用11#鐵絲扭結。單體支護支設要求:所有基本柱的初撐力不低于90kN,每班對單體液壓支柱巡查管理,發(fā)現(xiàn)漏液、卸載的單體液壓支柱及時進行更換,確保支柱全承載支護。單體液壓支柱和金屬鉸接頂梁,沿巷道支設成三排,一梁一柱支設,柱子支設在梁的中間,頂板破碎地段每兩排頂梁之間間隔200～400mm穿小木棍、板批防止漏頂,要增加穿桿數(shù)量,穿桿要鉸接使用。

3.5 混凝土永久支護應用

煤礦永久支護是在巷道的服務年限內,為維護巷道圍巖穩(wěn)定而進行的支護。通常包括混凝土支護、料石碹支護、錨網(wǎng)噴支護等。噴射混凝土施工設備的布置,要以施工安全、高效操作為前提,科學選取施工距離。錨桿噴射混凝土支護施工要根據(jù)錨桿的型號科學組織。在掘進后,先安裝臨時錨桿,繼而噴薄層混凝土,再進行復噴達到設計規(guī)定的噴層厚度,頂板情況良好時,噴一薄層混凝土,再安裝錨桿,再進行復噴,達到設計規(guī)定的噴層厚度。錨網(wǎng)噴射混凝土施工,對于破碎軟巖斷層帶需增加金屬網(wǎng)一層或兩層,增大其強度,起到鋼筋混凝土的作用,鋼筋網(wǎng)鋪設在使用前清除污銹。鋼筋網(wǎng)噴射混凝土作業(yè)時,應先埋設好噴厚的標釘,以控制噴層厚度。噴射時,適當縮小噴頭與受噴面間的距離,調節(jié)噴射角度,確保鋼筋和圍巖表面混凝土的密實性,確保施工平整、安全。

參考文獻

[1] 方樹林,張劍,武立文,等.特厚夾層堅硬頂板大斷面掘進巷道圍巖變形特征與支護技術研究[J].煤炭工程,2012(2).

[2] 黃玉冬.錨桿錨索梯次支護技術在沿空掘巷中的應用[J].中州煤炭,2012(1).

[3] 楊智英,楊小強.薄基巖淺埋煤層掘進中支護工藝探索[J].內蒙古煤炭經(jīng)濟,2012(1).