煤礦井下連采機掘進巷道中頂板支護技術(shù)研究

邢 政

(龍煤七臺河礦業(yè)有限責(zé)任公司新鐵煤礦，黑龍江 七臺河 154600)

0 引言

遠(yuǎn)古生物深埋地底，自然環(huán)境經(jīng)過上千年的發(fā)展演化，最終形成了豐富的能源寶藏，其中人類最為常用的能源寶藏是煤炭。受歷史發(fā)展及地殼活動因素影響，深埋煤礦的地形地貌各不相同，這對煤礦開采工作提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。連采機是煤礦開采主要設(shè)備，其根據(jù)開采地區(qū)地形地貌采用不同的動力能源及材料制成，總體來看，因其開采能源種類單一，只能在性能上做出區(qū)別。而與連采機一同作業(yè)的頂板支護技術(shù)則不同，它屬于安全設(shè)備，需要在開采前進行工作，要在前期對地下情況作出深入分析才能實施。

煤礦開采環(huán)境的隱秘性和不確定性導(dǎo)致挖掘前期需要長期的準(zhǔn)備工作及完備的開采設(shè)施。煤礦井下作業(yè)過程中，防護準(zhǔn)備最重要的是頂板支護技術(shù)，它能夠形成一個相對安全和開闊的空間，讓工人和設(shè)備通過分析頂板支護技術(shù)類型，指出影響頂板支護技術(shù)的各種因素，為頂板支護技術(shù)發(fā)展提出建議。

1 頂板支護技術(shù)類型

煤礦井下地理環(huán)境復(fù)雜，開采工作開展前，應(yīng)了解土壤厚度、成分、井下地形地貌，整合煤礦基本信息，做好開采前的準(zhǔn)備工作。其中，頂板支護技術(shù)最為重要。頂板支護技術(shù)為設(shè)備和工人提供作業(yè)空間，工作人員和設(shè)備在圍成的護欄之下可以順利進出。頂板支護技術(shù)可保證設(shè)備和工人的安全，安全性包括兩方面：一是環(huán)境的安全性，即工作空間的通風(fēng)性。二是設(shè)備的安全性，即設(shè)備的穩(wěn)固性良好。煤礦井下地形地貌不同，頂板支護不能一成不變，應(yīng)根據(jù)實際情況合理選擇頂板支護技術(shù)。

1.1 錨桿支護

錨桿支護主要由托板、支架和網(wǎng)構(gòu)成。錨桿如同船錨一樣，要有一個固定點。錨桿支護中起“錨”作用的是支架，其建立的大致輪廓能將整個頂板支護固定在一個點上，為托板和網(wǎng)起到固定連接作用。錨桿支護技術(shù)中，托板作用最大，它可以起到最重要的支撐保護作用，還可以支撐井下石壁。井下作業(yè)時，連采車作業(yè)應(yīng)小心謹(jǐn)慎，即使地下勘測情況預(yù)測再完善，也可能出現(xiàn)一些未預(yù)測的結(jié)構(gòu)，一旦發(fā)生塌方事故，后果不堪設(shè)想。托板在支撐作業(yè)環(huán)境時，能夠保證外界不發(fā)生力量偏差，防止對支柱產(chǎn)生下壓作用。錨桿支護中“網(wǎng)”也同樣起到防護作用。連采車作業(yè)或工作人員進行挖掘時，周圍會發(fā)生石子脫落現(xiàn)象，網(wǎng)可以避免碎石襲擊。

1.2 預(yù)留煤柱支護

預(yù)留煤柱支護技術(shù)是最傳統(tǒng)的頂板支護技術(shù)，其在排氣和通風(fēng)方面具有顯著優(yōu)勢。一般情況下，煤礦井下要留出上段區(qū)和下段區(qū)，采用預(yù)留煤柱支護時，是在煤礦上下段區(qū)將煤柱留出。上段區(qū)是煤礦運輸區(qū)段，下段區(qū)是通風(fēng)區(qū)段，但是上段區(qū)中部和下段區(qū)預(yù)留的煤柱安全系數(shù)并不高，會浪費許多人力物力。為提升預(yù)留煤柱的安全系數(shù)，可通過澆灌柱的形式開展作業(yè)。

1.3 礦用支護型鋼

要保證建筑工程質(zhì)量，就要保證用料質(zhì)量。煤礦井下工作中，無論是工作人員，還是公共財產(chǎn)，都處于危險環(huán)境，為保證人身和財物安全，支架用料一定要過關(guān)。煤礦井下一般采用型鋼，利用其質(zhì)量好、形狀符合要求的優(yōu)勢發(fā)揮作用。礦用支護型鋼中，型鋼形狀主要有圓形、半圓形和橢圓形。這幾種形狀無論是在支撐力上還是在井下礦洞構(gòu)造符合度方面，都是很好的選擇。

1.4 可縮性支架支護

可縮性支架支護的最大優(yōu)勢是其可伸縮性，對于不知其貌的礦洞來說，是很好的選擇。它有實際承載力和極限承載力兩部分，正常情況下，巷道處于平穩(wěn)狀態(tài)，可縮性支架支護依靠基本結(jié)構(gòu)和基本受力維持巷道平穩(wěn)。如果發(fā)生不穩(wěn)定的情況，可縮性支架支護會發(fā)揮極限承載力，即本身材料的穩(wěn)定性。但這種支護屬于耗材，有一定的使用年限，在極限情況下長期使用，使用年限會大大縮短，安全系數(shù)也會降低。

2 頂板支護技術(shù)的影響因素

2.1 地域影響因素

地域因素主要考慮周圍有無水源，巷道石壁是否堅硬，以及組成巷道材料的穩(wěn)定性等。如果巷道附近有水源，則意味著巷道周圍土壤疏松，機械震動或挖礦會造成支撐力下降，導(dǎo)致巷道出現(xiàn)問題。巷道石壁是頂板支護的第一層保護罩，其安全性高，工作環(huán)境的安全性也會相應(yīng)提高。巷道材料的穩(wěn)定性涉及很多方面，地質(zhì)勘測是必要的，土壤巖石的組成成分直接決定其基質(zhì)的穩(wěn)定性，基質(zhì)穩(wěn)定性高，對人力、物力、財力的消耗就少。

2.2 頂板支護自身特性

煤礦井下作業(yè)中，頂板支護技術(shù)并不是一成不變的。例如，可縮性支架支護技術(shù)，主要用于對地下形勢不明情況進行探索?？煽s性代表其任意變形的特性，在人為和地表活動的影響下，地下勘測結(jié)果會發(fā)生變化，可利用可縮性支架支護應(yīng)對一些突發(fā)情況。礦用支護型鋼，主要根據(jù)巷道而改變形狀，建設(shè)礦用支護型鋼支架時，要綜合支架受力環(huán)境來選擇鋼的截面。研究表明，其截面與型號的抗彎模量具有顯著相關(guān)性。綜合來看，最常用的技術(shù)是錨桿支護技術(shù)，但巷道環(huán)境復(fù)雜，多種技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用是最佳選擇。

3 頂板支護技術(shù)的發(fā)展趨勢

頂板支護技術(shù)各有優(yōu)劣，未來，頂板支護技術(shù)不僅要完善其功能和性能，還要加強全能性。支護技術(shù)的基礎(chǔ)材料，即支架等設(shè)備所用材料應(yīng)在保質(zhì)保量的同時，創(chuàng)新發(fā)展性能更好的材料。地域環(huán)境有其不同特性，研究人員應(yīng)根據(jù)不同環(huán)境因素進行技術(shù)研發(fā)，支護的第一層保護屏障是巖壁設(shè)計，頂板支護技術(shù)相當(dāng)于工人和設(shè)備的第二層保護屏障，應(yīng)綜合考慮安全和穩(wěn)定因素，確保發(fā)揮雙重作用，選擇合適的頂板支護技術(shù)，提升工程的便利性和安全性，保證施工順利進行。

4 結(jié)語

為保障地下作業(yè)順利展開，頂板支護技術(shù)的穩(wěn)固性和安全性尤為重要。煤礦井下環(huán)境復(fù)雜，要根據(jù)真實探測情況選用合適的頂板支護技術(shù)?？偨Y(jié)頂板支護技術(shù)的優(yōu)缺點，綜合選擇，聯(lián)合應(yīng)用，不斷進行技術(shù)創(chuàng)新，完善技術(shù)方法，提升煤礦井下作業(yè)安全性，保證施工質(zhì)量，確保煤礦井下作業(yè)的順利實施。