復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦開采掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)研究

張亞賓

摘 要：我國是能源需求大國，煤炭則是重要的能源資源，其在多個(gè)行業(yè)中都有著極為廣泛的應(yīng)用，如何采掘更多的煤炭資源，實(shí)現(xiàn)煤礦利用最大化，一直以來都是煤炭行業(yè)發(fā)展中關(guān)注的焦點(diǎn)所在。而在復(fù)雜地質(zhì)條件下，煤礦采煤掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用是不可或缺的，其能夠有效的保障煤礦資源開采的安全性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)條件;煤礦采煤;掘進(jìn);支護(hù)技術(shù);應(yīng)用

引言

隨著以采煤機(jī)為代表的自動(dòng)化綜采設(shè)備的不斷投入應(yīng)用，煤礦井下綜采作業(yè)效率得到了大幅提升。目前，巷道掘進(jìn)主要依靠人工操作掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，由于井下地質(zhì)條件較為復(fù)雜，因此需要人工根據(jù)截割經(jīng)驗(yàn)不斷調(diào)整掘進(jìn)機(jī)的作業(yè)姿態(tài)，從而保證巷道掘進(jìn)效率和質(zhì)量。這種掘進(jìn)方式在實(shí)際應(yīng)用中暴露出了掘進(jìn)效率低、巷道成型質(zhì)量差的問題，需要人工多次進(jìn)行巷道斷面修整，極大地影響了巷道掘進(jìn)效率。隨著自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，一種新的煤礦井下巷道快速掘進(jìn)技術(shù)———掘進(jìn)機(jī)位姿自動(dòng)監(jiān)測(cè)與糾偏技術(shù)、巷道斷面智能成型技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)機(jī)巷道的自動(dòng)成型作業(yè)。根據(jù)在煤礦井下的實(shí)際應(yīng)用表明，掘進(jìn)機(jī)位姿自動(dòng)監(jiān)測(cè)與糾偏技術(shù)能夠?qū)蜻M(jìn)機(jī)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整，巷道斷面智能成型技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的無人化智能截割作業(yè)，能夠?qū)⑾锏酪淮纬尚吐侍嵘?4.2%，將巷道掘進(jìn)效率提升22.1%，對(duì)實(shí)現(xiàn)井下采掘平衡，提高綜采經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。

1支護(hù)技術(shù)介紹

煤礦巷道一般在礦井深處進(jìn)行挖掘，深度從幾十米到幾百米不等，工作環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，在巷道掘進(jìn)過程中，礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)容易發(fā)生變形，使巷道圍巖的壓力產(chǎn)生變化，引起頂板的垮落，因此需要對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)。煤礦巷道支護(hù)技術(shù)經(jīng)過漫長(zhǎng)的發(fā)展，經(jīng)歷了從木支護(hù)、砌碹支護(hù)、型鋼支護(hù)到錨桿支護(hù)方式過程。錨桿支護(hù)是目前發(fā)展較為完備，應(yīng)用較廣的巷道支護(hù)技術(shù)。錨桿支護(hù)主要利用金屬、木材、聚合物或其他材料制造的桿柱，打入圍巖預(yù)先鉆好的孔中，其頭部及桿體依賴于錨固劑黏結(jié)作用將圍巖與穩(wěn)定巖體結(jié)合在一起，尾部通過托板與螺母進(jìn)行約束，通過錨桿改變圍巖本身的力學(xué)狀態(tài)，在巷道周圍形成一個(gè)整體而又穩(wěn)定的巖石帶，對(duì)圍巖產(chǎn)生加固作用。利用錨桿與圍巖共同作用，具有抗拉和抗剪效應(yīng)，能夠達(dá)到維護(hù)巷道穩(wěn)定的支護(hù)目的。錨桿支護(hù)具有成本低、快捷方便、適用范圍廣、穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢(shì)。錨桿支護(hù)由錨桿桿體、托板、螺母、錨固劑以及金屬網(wǎng)共同構(gòu)成。

2復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦開采掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)

2.1煤礦支護(hù)技術(shù)形式

目前，我國煤礦企業(yè)在煤礦開采過程當(dāng)中，為了更好地提高煤礦巷道的穩(wěn)定性和安全性，提高整體安全質(zhì)量，一般都會(huì)采用高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)。常見的煤礦支護(hù)技術(shù)如下：第一，礦用支護(hù)型鋼的應(yīng)用。因?yàn)槲覈旱V地理環(huán)境因素的影響，在煤礦開采中工作人員需要借助支護(hù)型鋼進(jìn)行加固。但是在這個(gè)過程中技術(shù)人員需要對(duì)支護(hù)型鋼架的抗拉性和剪切型進(jìn)行管控，保證整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)的需求。與此同時(shí)，技術(shù)人員為了保證高強(qiáng)支護(hù)可以承受更多方面的負(fù)荷，還需要對(duì)支護(hù)型鋼的承載能力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。第二，可縮性支架的應(yīng)用。這種支架是煤礦加強(qiáng)支護(hù)當(dāng)中最為常用的一種形式。可縮性支架和其他支護(hù)技術(shù)有很多不同點(diǎn)，它更適合運(yùn)用到巷道斷面小的煤礦開采環(huán)境當(dāng)中。技術(shù)人員通過測(cè)試對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了全方位的研究，使得這項(xiàng)技術(shù)具有一定的承壓能力。第三，預(yù)留煤柱，這項(xiàng)技術(shù)是最為傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)一般都被運(yùn)用到煤礦的上區(qū)段和下區(qū)段。這項(xiàng)技術(shù)操作起來比較簡(jiǎn)單，在正常情況下可以滿足煤礦巷道排水系統(tǒng)需求。但是這項(xiàng)技術(shù)一定程度上降低了煤炭開采率。

2.2直接破頂法的運(yùn)用

在煤礦產(chǎn)業(yè)運(yùn)行期間，為了更好的提升直接破頂技術(shù)使用的效果，可以嘗試通過掘進(jìn)直接沖擊技術(shù)，進(jìn)一步提升穩(wěn)定材質(zhì)圍巖施工的設(shè)計(jì)價(jià)值，以便更好的保證錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)使用的整體質(zhì)量。在實(shí)施頂板巖石施工時(shí)，巖層的硬度通常在<5m或者是沒有達(dá)到2m的范圍以內(nèi)，當(dāng)然，在應(yīng)用直接破頂技術(shù)時(shí)，還可能會(huì)遭遇巖石脆弱的問題，如果該類問題出現(xiàn)，那么可能無法有效的保證掘進(jìn)支護(hù)的穩(wěn)定性。因此，在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，應(yīng)用直接破頂法時(shí)，也需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活運(yùn)用和選擇，進(jìn)一步提高破頂法的作用價(jià)值，以便更好的進(jìn)行煤礦資源開采。應(yīng)用直接破頂技術(shù)時(shí)，還需結(jié)合頂板的巖石厚度合理選擇，如果巖石的硬度<6cm，而且?guī)r石風(fēng)化情況嚴(yán)重，容易破碎，那么就不適合采用直接破頂支護(hù)方法;但是如果掘坡度面比較大，那么應(yīng)用直接破頂支護(hù)技術(shù)則是最為理想的。

2.3錨桿支護(hù)方案設(shè)計(jì)

煤礦巷道錨桿支護(hù)在施工應(yīng)用前首先需要進(jìn)行支護(hù)方案的設(shè)計(jì)，利用工程類比法、理論計(jì)算法或者實(shí)測(cè)法，綜合考慮煤礦生產(chǎn)實(shí)際情況以及相關(guān)規(guī)范對(duì)各項(xiàng)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中，應(yīng)用較廣的工程類比法以及仿真分析都首先根據(jù)施工巷道圍巖物理力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征、地質(zhì)構(gòu)造等對(duì)巷道圍巖的狀況進(jìn)行分類，依據(jù)不同的圍巖選擇不同的基本支護(hù)形式。根據(jù)基本支護(hù)形式以及錨桿支護(hù)理論計(jì)算錨桿桿體直徑、長(zhǎng)度、間排距、設(shè)計(jì)錨固力、角度等主要支護(hù)參數(shù)，同時(shí)確定錨桿選用的材質(zhì)、型號(hào)。其次根據(jù)錨桿參數(shù)對(duì)錨固劑進(jìn)行選擇，確定其他搭配設(shè)備的參數(shù)。設(shè)計(jì)過程中依據(jù)初始設(shè)計(jì)、實(shí)施設(shè)計(jì)、礦壓觀測(cè)以及修改完善的設(shè)計(jì)流程，錨桿施工前需要進(jìn)行拉力測(cè)試，以保障錨桿設(shè)計(jì)方案的科學(xué)可靠，同時(shí)謹(jǐn)慎使用新材料以及新技術(shù)，確保支護(hù)設(shè)計(jì)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

2.4錨桿臨時(shí)支護(hù)中U鋼法的運(yùn)用

煤炭開采時(shí)，地質(zhì)條件相對(duì)來說比較復(fù)雜的情況下，煤礦出現(xiàn)斷層落差比較大時(shí)，那么可能會(huì)出現(xiàn)煤層坍塌的情況，為了更好的保證開采的安全性，提高開采質(zhì)量與效果，可以嘗試應(yīng)用錨桿臨時(shí)支護(hù)中的U鋼法。通過對(duì)地質(zhì)條件以及煤層情況的分析，構(gòu)建超前、固定以及臨時(shí)等多種支護(hù)方案，然后將U型鋼架與錨桿支護(hù)技術(shù)結(jié)合在一起，進(jìn)而更好的提升煤礦資源開發(fā)的穩(wěn)定性，使得煤礦資源得以更加順利的開采和利用。但是，該支護(hù)方法往往也只能夠應(yīng)對(duì)一些臨時(shí)性的問題，針對(duì)需要長(zhǎng)期進(jìn)行巷道支護(hù)的煤礦，相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用還需要與其他方法配合，這樣才能更好的保證施工過程的安全性。

2.5對(duì)掘進(jìn)技術(shù)的要求比較高

在開采薄煤層的時(shí)候，為了可以保證作業(yè)人員的安全，通過就會(huì)采取半煤巖巷與煤礦巷道的掘進(jìn)支護(hù)方式來實(shí)現(xiàn)，但是在實(shí)際的作業(yè)當(dāng)中，掘進(jìn)半煤巖巷對(duì)掘進(jìn)支護(hù)設(shè)備和掘進(jìn)及時(shí)有著很高的要求，使得工作人員在使用時(shí)要能夠具有較強(qiáng)的專業(yè)能力，并結(jié)合實(shí)際的情況來進(jìn)行合理使用。

結(jié)語

綜上所述，為了可以提高我國煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提升煤礦開采的安全性和穩(wěn)定性。煤礦企業(yè)需要對(duì)高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行深入的研究，了解每一種技術(shù)的特點(diǎn)，并根據(jù)實(shí)際情況去選擇和構(gòu)建不同的技術(shù)方案。目前，我國的煤礦安全事故時(shí)有發(fā)生，其中頂板事故大部分的原因都是因?yàn)闆]有做好巷道的支護(hù)和監(jiān)測(cè)工作。因此，在煤礦采煤掘進(jìn)工作當(dāng)中使用高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)日益成為必然的要求和選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1]柳春.復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦采煤掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)及應(yīng)用探討[J].中國設(shè)備工程，2020（09）：193-194.

[2]尉樂.復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用分析[J].能源與節(jié)能，2018（06）：103-104+112.

[3]王國法，杜毅博.智慧煤礦與智能化開采技術(shù)的發(fā)展方向[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2019，47（1）：1-10.

[4]周玲玲，董海波，杜雨馨.基于雙激光標(biāo)靶圖像識(shí)別的掘進(jìn)機(jī)位姿檢測(cè)方法[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2017，54（4）：186-192.

[5]符世琛，成龍，陳慎金，等.面向掘進(jìn)機(jī)的超寬帶位姿協(xié)同檢測(cè)方法[J].煤炭學(xué)報(bào)，2018，43（10）：2918-2925.