高強支護在采煤掘進過程中的技術(shù)應(yīng)用

閆云亮

【摘 要】近幾年來，我國對采礦業(yè)的高度重視，把采礦業(yè)作為我國的重要支撐產(chǎn)業(yè)，對于采礦業(yè)的發(fā)展給與大力支持。同時隨著采礦業(yè)的不斷發(fā)展，采礦深度不斷增加，相應(yīng)的對煤礦巷道的質(zhì)量要求也相應(yīng)提高。據(jù)資料統(tǒng)計，目前采煤過程中存在煤礦的巷道硬度高、強度低而且節(jié)理的裂隙比較發(fā)育及巷道的支護難度比較大等諸多問題。因此現(xiàn)決定將有利于巷道使用的高強支護技術(shù)應(yīng)用于采煤工作中，有效的減少了對工作面的影響時間，提高煤礦巷道的服務(wù)期限，大大的減輕了勞動強度，減少或避免煤礦巷道擴修，極大地增強了采煤的安全系數(shù)。同時有效地完成了對煤礦巷道支護參數(shù)的優(yōu)化，形成了對煤礦巷道的“高強支護”。煤礦巷道的高強支護作為一項先進技術(shù)進行應(yīng)用，除應(yīng)考慮其是否經(jīng)濟合理、安全使用的因數(shù)外、尤其要考慮到其對環(huán)境的影響。這也就使得高強支護技術(shù)成為當今煤礦業(yè)討論的熱點，也促使高強支護技術(shù)的應(yīng)用不斷深化。

【關(guān)鍵詞】高強支護；采煤掘進；技術(shù)應(yīng)用

當今，煤礦巷道的高強支護技術(shù)迅猛發(fā)展，并在這一行業(yè)內(nèi)取得了巨大的成效。但隨著煤礦產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，煤礦挖掘技術(shù)不段進步，煤礦挖掘深度不斷增加，在挖掘過程中在各種作用力的作用下，對巷道質(zhì)量的要求也越來越高。如若對巷道失去很好的控制，就會出現(xiàn)不同程度的錨桿斷裂的情況。嚴重的會給煤礦的安全帶來隱患。例如，近年來就發(fā)生了一系列的煤礦安全事故，包括大量的巷道冒頂事故以及頂板嚴重離層變形的工程現(xiàn)象。導致這類圍巖強烈變形甚至是冒頂事故的原因往往就在于錨桿的強度不夠。在這種情況下，目前的挖掘技術(shù)已不能更好的滿足煤礦業(yè)挖掘的需要，尤其是不能滿足煤礦業(yè)挖掘深度不斷增加的需要。而現(xiàn)在所提出的高強支護技術(shù)卻很好的解決這一問題。而如果要想高強支護技術(shù)在采煤過程中發(fā)揮巨大的作用，還需要對此技術(shù)進行深一步的研究。因此在本篇文章中，我們將就高強支護在采煤掘進過程中的技術(shù)應(yīng)用展開討論研究。

1.高強支護技術(shù)的提出

近年來，隨著煤礦業(yè)生產(chǎn)力的迅速發(fā)展、生產(chǎn)水平的日益提高和高強支護技術(shù)理論的日漸完善和成熟，高強支護技術(shù)在采煤掘進過程中作用顯得尤為重要，以致目前全國主要礦區(qū)的煤礦開采都普遍采用了這項技術(shù)。尤其是一些地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜且具有頂軟、底軟、煤層軟的特性的地區(qū)。在這些地區(qū)對掘進時對控制頂板和兩幫變形要求很高。在這種情況下若能極好的運用高強支護技術(shù)，既能保證工作時間又能增加工作的安全性?？傮w來說，在采煤掘進的過程中運用高強支護技術(shù)的主要原因在于：（1）利用支護原理能夠運用周圍巖石和巷道自身的穩(wěn)定性，充分發(fā)揮它們的承載力，從而有效地控制巷道圍巖變形；（2）高強支護的成本較低，也不會受條件的影響，而且支護的效果也更加顯著一些；（3）高強支護所需要用到的材料既小又輕，大大地減輕了勞動強度，也可以改善工作環(huán)境，簡化管理工作；（4）對于服務(wù)年限較長的巷道，可以大大地減少材料占用而造成的資金積壓，加快資金周轉(zhuǎn)的速度，有效降低生產(chǎn)的成本；（5）可使生產(chǎn)能力、技術(shù)效益、速度以及安全保障都大幅度提高。

2.高強支護的基本原理

高強支護技術(shù)在 實際應(yīng)用過程中，必須以煤礦巷道實際狀況為依據(jù)進行設(shè)計。為了使高強支護技術(shù)更好發(fā)揮其作用，就應(yīng)該不斷的提高圍巖預(yù)應(yīng)力并以此為依據(jù)著重實現(xiàn)主動支護。一般主動支護是以懸吊理論為依據(jù)對錨桿長度進行確定的，而錨桿直徑則一般是以承載力和錨固力為依據(jù)進行確定的。間排距則是在不發(fā)生滑動情況下，能對下一層穩(wěn)定、錨桿的穩(wěn)定性進行確定。

目前來看，高強支護技術(shù)應(yīng)用過程 中選用的支護材料一般為樹脂錨桿，其問排距也是在標準范圍內(nèi)。如上所訴，在采煤掘進的過程中，高強支護是是根據(jù)具體煤礦巷道的實際情況來設(shè)計的。具體說來，高強支護的技術(shù)最初是用于巷道的頂部，當高強支護的預(yù)應(yīng)力達到相當?shù)某潭葧r，就能夠形成預(yù)應(yīng)力的承載結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)不但能通過大變形來實現(xiàn)對外部結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性擠壓，而且能夠使得在大變形的過程中保持整體的穩(wěn)定性，這叫做預(yù)應(yīng)力承載梁，具體來說就是這種集變形擠壓和整體穩(wěn)定性特征為一體的層狀頂板結(jié)構(gòu)。高強支護的技術(shù)能夠連續(xù)的傳遞應(yīng)力，以此來使得垂向應(yīng)力的集中程度得到減緩甚至是消除或者是能大大地減弱頂板離層，并且使巷道周圍巖道的最終變形量從根本上得到控制，以便達到最佳的主動支護效果。這樣的高強支護方式使得各自的優(yōu)勢得到了最充分的發(fā)揮了，既控制變形又保證安全，而且具有內(nèi)外并舉、剛?cè)嵯酀蜆吮炯嬷蔚奶攸c，達到了良好的安全和經(jīng)濟效果。

3.高強支護存在的問題

目前為止，高強支護技術(shù)所呈現(xiàn)給我們的大多是優(yōu)點，不僅能更好解決傳統(tǒng)支護技術(shù)無法解決的問題，也能通過較高的預(yù)應(yīng)力避免圍巖變形，并最大限度的降低圍巖強度，保證錨固區(qū)能更好的應(yīng)付載荷。高預(yù)應(yīng)力在一定條件下是能更好的對系統(tǒng)初期的支護剛度和強度進行保護的。

在支護初期，其一般是以結(jié)構(gòu)面里層、滑動及裂隙張開等不連續(xù)變形為主的，這樣高于應(yīng)力支護能更好的對非連續(xù)變形和破壞進行控制，使圍巖能始終處在受壓狀態(tài)，以更好的對圍巖承載力進行控制和保證錨固區(qū)圍巖的完整性，使其在錨固區(qū)能形成較大的應(yīng)力承載，以更好的降低外圍巖里層破壞程度。同時高強支護技術(shù)的延伸桿體在一定程度上也能對圍巖后續(xù)變形進行相應(yīng)控制。在對初期變形的控制時，可以使錨桿的快速增阻增加，以保證支護系統(tǒng)延伸率。這樣即便采煤掘進在高強支護阻力條件下施工，也能更好的對圍巖變形更好的進行控制。高強支護技術(shù)在煤礦采煤掘進前，需要對煤礦地質(zhì)資料進行分析。

在實際分析中，應(yīng)該先對松動圈作用、頂板巖層實際狀況進行分析，以此為依據(jù)選擇適合的錨桿長度進行相應(yīng)理論性計算，以便使其在實際應(yīng)用過程中能更好滿足設(shè)計需求，保證相應(yīng)實驗效果。而要想吏好保證巷道安全，降低施工成本、提高施工效率，還應(yīng)該從頂板巖層實際狀況出發(fā)并采用高強支護技術(shù)使其形成 回采系統(tǒng)，以更好發(fā)揮作用并滿足實際需要。在深層次采煤掘進中，高強支護技術(shù)是十分重要的。為了更好發(fā)揮 高強支護技術(shù)作用，在實際應(yīng)用過程中必須對其支護進行合理選擇。在實際工作中，應(yīng)該先對支護進行選擇并以實現(xiàn)主支護為目標，以保證巷道頂板圍巖的穩(wěn)定。為了更好保證巷道穩(wěn)定性，也要對現(xiàn)場實際情況進行綜合分析。而在現(xiàn)場掘進過程中，有必要以設(shè)計方案為依據(jù)進行施工并對掘進進行監(jiān)督，以保證煤礦企業(yè)掘進工作質(zhì)量，避免不必要的安全隱患。錨梁在實際應(yīng)用過程中，能更好的對高強支護進行承接、鏈接和固定，同時在墻體較 高的情況下，也能承擔相應(yīng)壓力，以保證采煤掘進有序進行。但由于高強支護是隱蔽性比較強的支護形式，其參數(shù)能夠確定下來以后，集體怎樣才能確保工程的質(zhì)量和施工的安全就較為困難了，隨著深井以及高采動地壓的不斷增大，所面對的自然地理環(huán)境條件也就越惡化，如果不能及時采取針對性的防護措施會常發(fā)生冒頂事故。目前還存在一些特殊的地質(zhì)條件，比如松軟煤層的高幫、大傾角巷道高幫、沿空巷道以及高應(yīng)力巷道，這些方面高強支護的使用程度還很有限。這類巷道在高應(yīng)力作用下，頂部變形很強烈，會常常造成巷道收縮變形從而導致使巷道的無法使用，尤其是面對沿空掘巷，目前的最高性能的支護技術(shù)也顯得無能為力，巷道的變形尤其是煤礦方面的，在采煤掘進的初期其變形就很明顯，等到回采階段，變形量通常會更加嚴重，所占比重極大，斷面收縮將近達到2/3，巷道無法使用，甚至造成安全事故。

4.高強支護的創(chuàng)新點

（1）在運用高強支護時要充分發(fā)揮巷道圍巖的自承能力，這樣就給圍巖提供較高的預(yù)應(yīng)力，實現(xiàn)主動支護。（2）實際煤礦開采的施工過程中，我們不僅要根據(jù)具體的現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境和自然形態(tài)，充分考慮頂板的巖層、松動圈的作用以及一切的實際情況，而且要注意錨固定在巖層中的桿的長度，并利用理論知識加以準確運算，以此來選用合理的支護方式，并進行相關(guān)測驗查看試用效果。這樣做更能保證掘進的進程以及經(jīng)濟和安全。（3）使用高強支護的聯(lián)合支護，實現(xiàn)減少巷道幫部和頂部的變形量，其效果在采煤的掘進過程中十分明顯。（4）高強支護起到了主動支護的作用，使得巷道的圍巖相對穩(wěn)定，再加上質(zhì)量嚴格把關(guān)，可以縮短工期。

5.總論

隨著社會對煤碳需求量不斷的增大，原有的煤礦掘進深度 已經(jīng)不能更好滿足人們對煤炭資源的需求。為了緩解這一矛盾，煤礦企業(yè)開始向更深層掘進。而深層掘進中其支護技術(shù)是十分重要的，原有的煤礦掘金技術(shù)不能更好滿足實際需求。為了更好滿足實際需求，還需要采用高強度 支護技 術(shù)并對其進行相應(yīng)分析，以更好促進煤礦企業(yè)發(fā)展。隨著煤礦企業(yè)不斷的發(fā)展和煤礦深層次掘進的發(fā)展，支護技術(shù)的要 求將會更高，為了更好滿足時代發(fā)展需求，還需要對高強支護技術(shù)進行深層次研究。綜上所述，采用高強支護，這一項新工藝不僅在煤巷、巖巷中具有較為廣泛的應(yīng)用性，并且而且在采煤掘進的過程中的有關(guān)控制管理也有光分的適用性，為采煤掘進的管理提供了一定的新保障。高強支護的技術(shù)應(yīng)用實現(xiàn)了礦井的安全、經(jīng)濟、快速掘進。經(jīng)過十多年的研究與實踐，我國煤礦已經(jīng)形成了高強支護體，成功運用支護技術(shù)為采煤掘進的過程提供了安全和技術(shù)保障，同時也解決了巷道支護難題，給煤炭企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，為高效、安全的開采創(chuàng)造了良好的前提條件，對我國高產(chǎn)高效地采礦的效益的提高以及安全狀況的改善起到深刻和重要的作用，其前景非常的廣闊。

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