煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)技術(shù)研究

郭素廣

（河南亨吉茂建設(shè)工程有限公司，河南 安陽 456400）

1 煤礦井下巷道支護(hù)主要形式

通過分析井下巷道掘進(jìn)支護(hù)形式可以看出，應(yīng)當(dāng)根據(jù)企業(yè)不同要求做出選擇，涉及預(yù)留柱支護(hù)、可縮性支架與礦用支護(hù)型鋼等。不管應(yīng)用哪種支護(hù)方式，都應(yīng)當(dāng)具備應(yīng)用優(yōu)勢與范圍。因此，煤礦人員在開展施工時，必須對井下實際作業(yè)情況進(jìn)行分析，合理選擇支護(hù)技術(shù)。

1）礦用支護(hù)型鋼。在巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)操作時，需要選擇工字鋼、LT型鋼等支護(hù)型鋼，不管應(yīng)用哪種支護(hù)型鋼，都應(yīng)當(dāng)考慮到韌性、抗拉性能與抗壓性能。由于巷道支架會承受橫向荷載，還需要承受縱向推動力，因此要在縱向、橫向方位上保證支架滿足負(fù)荷承載要求。此外，在使用礦用支護(hù)型鋼時，必須對支架可縮性進(jìn)行分析。因此，礦用支護(hù)型鋼所應(yīng)用的幾何形狀，首先應(yīng)當(dāng)確保鎖緊和滑移操作時具備較高的平穩(wěn)性，還可以將支護(hù)型鋼接觸面進(jìn)行擴(kuò)大處理。

2）可縮性支架?？煽s性支架是金屬支架的一種形式，具備較強的荷載承受能力，在收縮過程中可以反映出不同的荷載能力。對荷載能力造成影響的因素非常多，如連接件運行狀態(tài)、支架整體結(jié)構(gòu)狀態(tài)等。應(yīng)用可縮性支架時，可以承受最大限度的作用力，屬于支架的極限承受力。支架具備的極限承載力值，需要通過支架塑性變形進(jìn)行衡量判斷。一般來說，實際承載力、極限承載力的差異較大，通過觀察差異大小，能夠掌握可縮性支架的狀態(tài)，以此判斷差異值。當(dāng)差異值越小時，可縮性支架的狀態(tài)就越好。從上述分析能夠看出，可縮性支架的最佳狀態(tài)在于實際荷載能力和極限荷載能力差值比較小，基本可以達(dá)到相同狀態(tài)。

3）預(yù)留柱支護(hù)。與上述支護(hù)技術(shù)相比，預(yù)留柱支護(hù)方式屬于煤礦作業(yè)常用支護(hù)方式，被廣泛應(yīng)用在井下開采作業(yè)中。對于預(yù)留柱支護(hù)形式來說，主要是在上區(qū)段、下區(qū)段預(yù)留寬度，保證回風(fēng)平巷可以不處于支撐壓力的峰值區(qū)，加強巷道頂板支護(hù)效果。雖然預(yù)留柱支護(hù)技術(shù)簡單，然而對于支護(hù)要求非常高。由于預(yù)留柱支護(hù)方式的應(yīng)用成本比較高，且后期維護(hù)難度大，因此逐漸被可縮性支架、礦用支護(hù)型鋼代替，但是并非完全否定預(yù)留柱支護(hù)的應(yīng)用作用。

2 煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)的影響因素

1）施工工藝因素。把控施工工藝，也可以保證煤礦井下巷道掘進(jìn)技術(shù)得到有效地提高，當(dāng)前，我們國家開展巷道掘進(jìn)技術(shù)的過程中，對鉆爆掘進(jìn)這種方式的使用最廣泛，大范圍對該種技術(shù)應(yīng)用，會有較高的效率，能夠進(jìn)一步提升巷道掘進(jìn)的速度。另一方面，如果不能對相關(guān)的施工工藝進(jìn)行合理的應(yīng)用，就可能會在很大程度上影響巷道支護(hù)頂板的穩(wěn)定性，甚至還可能巷道還會出現(xiàn)塌方的現(xiàn)象，威脅、影響巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)施工工作人員的生命財產(chǎn)安全，還會對煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益造成影響。在對這種工藝進(jìn)行應(yīng)用的過程中，還需要特別注意，以下兩個方面：首先在實施鉆爆之前，需要先對火藥裝填的數(shù)量進(jìn)行準(zhǔn)確計算，這些都會影響爆破的效果。除此之外，還需要準(zhǔn)確地定位實施爆破的位置。

2）煤礦井下巷道施工環(huán)境。開展頂板支護(hù)施工工作，開展的地點一般都為井下，包括安裝巷道頂板裝置，也同樣是在井下進(jìn)行，如果巷道施工環(huán)境不佳，很容易對頂板支護(hù)的效果造成影響，很不利于頂板支護(hù)工作的安全性、穩(wěn)定性。對于不同地區(qū)的井下巷道情況存在差異。另一方面，一些井下環(huán)境相對較好的地方來講，巷道本身就符合相關(guān)需求和標(biāo)準(zhǔn)，此時，工作人員可以通過結(jié)合實際的施工狀況，適當(dāng)降低巷道內(nèi)部支架數(shù)量，從而保證對井下巷道空間節(jié)省的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)γ旱V開采的效率、煤礦開采的質(zhì)量提升，對煤礦開采的成本有效降低，對相應(yīng)煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有效提升。

3 煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)措施

1）加強巷道支架強度。在初次開展井下巷道掘進(jìn)作業(yè)時，巷道極易出現(xiàn)變形和位移問題，所以作業(yè)人員應(yīng)當(dāng)考慮到支護(hù)結(jié)構(gòu)的柔性與剛性，以此避免巷道出現(xiàn)變形與位移問題，還可以維護(hù)巷道空間的完整性，避免出現(xiàn)大規(guī)模返修問題。此外，作業(yè)人員還應(yīng)當(dāng)加強巷道支架的強度，確保圍巖具備充足的變形空間。同時關(guān)注圍巖釋壓處理，全面提升頂板支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用效果。

2）做好掘進(jìn)施工技術(shù)準(zhǔn)備。第一，結(jié)合巷道圍巖力學(xué)性質(zhì)、井下地質(zhì)構(gòu)造信息，合理選擇支護(hù)方式。注重重點工作區(qū)域的處理，例如掘進(jìn)工作面的安全處理，選擇最佳安全技術(shù)，全面維護(hù)作業(yè)區(qū)域的安全與穩(wěn)定。第二，注重優(yōu)化和完善巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)的施工設(shè)施，保證施工設(shè)計不存在誤差與錯誤問題。明確和完善頂板支護(hù)材料的數(shù)量、尺寸及支護(hù)方式。做好掘進(jìn)人員的技術(shù)交底處理，確保其滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工規(guī)范，全面提升巷道掘進(jìn)施工處理的安全性。第三，推廣應(yīng)用新技術(shù)和新工藝。現(xiàn)階段，采煤技術(shù)朝著智能化、機(jī)械化與自動化方向發(fā)展，因此在未來發(fā)展中，將會凸顯出采煤技術(shù)的密集性特點。煤礦在現(xiàn)代化發(fā)展過程中，必須深入分析巷道支護(hù)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，同時聯(lián)合未來發(fā)展趨勢，合理引入新技術(shù)和新工藝，逐漸擴(kuò)大綜合掘進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用頻率與規(guī)模。當(dāng)掘進(jìn)巷道存在大面積斷層時，作業(yè)人員可以應(yīng)用連續(xù)掘進(jìn)技術(shù)，以此確保巷道掘進(jìn)施工的有效性，同時可以降低頂板支護(hù)鋪設(shè)和巷道掘進(jìn)難度。在多巷道開展快速掘進(jìn)施工，以及在矩形斷面雙巷道開展掘進(jìn)施工時，也可以應(yīng)用連續(xù)掘進(jìn)技術(shù)，通過快速掘進(jìn)技術(shù)開展巷道掘進(jìn)施工，在回風(fēng)巷道通過錨桿鉆車開展錨桿支護(hù)處理，兩者可以滿足連續(xù)交叉作業(yè)要求。

3）加強巷道頂板承載性能。第一，綜合分析井下礦壓相關(guān)數(shù)據(jù)資料，深入分析圍巖性質(zhì)與地質(zhì)構(gòu)造，確保支護(hù)技術(shù)滿足巷道作業(yè)現(xiàn)場需求。對于重點施工作業(yè)區(qū)域來說，例如工作面掘進(jìn)區(qū)、冒頂處理區(qū)，首先應(yīng)當(dāng)執(zhí)行科學(xué)合理的技術(shù)方案，之后全面按照方案內(nèi)容實施。第二，優(yōu)化設(shè)計巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)，完善支護(hù)方式、臨時支護(hù)形式與材料尺寸，對掘進(jìn)作業(yè)規(guī)程進(jìn)行合理化控制。

4）加大設(shè)備投入力度，優(yōu)化完善掘進(jìn)工藝。第一，當(dāng)巷道基礎(chǔ)條件佳、地質(zhì)構(gòu)造簡單時，可以應(yīng)用綜合化掘進(jìn)施工技術(shù)，確保技術(shù)所用設(shè)備具備較強的破巖能力，整體結(jié)構(gòu)簡單，中心位置低。在應(yīng)用此種掘進(jìn)作業(yè)方式時，需要綜合應(yīng)用供電設(shè)備設(shè)施、錨桿鉆機(jī)與懸臂式掘進(jìn)設(shè)備，且不同設(shè)備機(jī)械均具備較強生產(chǎn)力，能夠滿足地質(zhì)條件要求。在應(yīng)用掘進(jìn)施工操作方法時，可以應(yīng)用液壓馬達(dá)，以此提供驅(qū)動力。將自動加油裝置安裝在液壓系統(tǒng)上，以此保證系統(tǒng)運行的可靠性與安全性。針對基于PLC的天氣系統(tǒng)控制技術(shù)，也可以增設(shè)工況檢測和故障診斷功能。第二，針對設(shè)備投入而言，在掘進(jìn)頂板支護(hù)作業(yè)中，可以應(yīng)用可收縮性支架，例如錨網(wǎng)和錨索等，以此確保支護(hù)處理效果，應(yīng)用機(jī)械化操作方式進(jìn)行操作。同時，在小斷面操作時，需要應(yīng)用到鑿巖臺車設(shè)備，全面加強施工操作的自動化能力。在大斷面施工作業(yè)時，應(yīng)當(dāng)采用TBM掘進(jìn)機(jī)、綜掘機(jī)、盾構(gòu)機(jī)等設(shè)備，不僅能夠改善施工作業(yè)質(zhì)量，還能夠加快施工速度，實現(xiàn)一次成巷效果。

4 結(jié)束語

綜上所述，在新技術(shù)發(fā)展支持下，深入分析和研究煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)技術(shù)具有重要作用，可以提升采煤作業(yè)效率，維護(hù)采煤工作的質(zhì)量與安全。因此煤礦技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)專業(yè)的掘進(jìn)頂板支護(hù)知識，積極學(xué)習(xí)和借鑒先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)驗，以此優(yōu)化和創(chuàng)新井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)技術(shù)，從根本上促進(jìn)我國煤礦事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。