對煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的探討

韋海軍 韋世謀

（百色百礦集團(tuán)有限公司 廣西百色 533000）

對煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的探討

韋海軍 韋世謀

（百色百礦集團(tuán)有限公司 廣西百色 533000）

眾所周知，在煤礦開采過程中存在很多風(fēng)險，需要引起煤礦企業(yè)和施工人員的高度重視，在煤礦開采之前，必須做好相關(guān)保護(hù)措施，提升煤礦施工質(zhì)量。經(jīng)實(shí)踐證明，良好的巷道支護(hù)能提高煤礦采掘過程的安全系數(shù)，保護(hù)煤礦工人生命安全。本文主要介紹了煤礦巷道的支護(hù)形式，結(jié)合支護(hù)技術(shù)計(jì)算法，分析了支護(hù)形式的具體形成過程和應(yīng)用途徑。

煤礦；巷道支護(hù)；支護(hù)參數(shù)；支護(hù)工藝

在煤礦采掘過程中最常使用的方法是“掘進(jìn)施工”，是指在采掘煤礦時，先破碎一定的巖石和煤體，形成相對的巷道支護(hù)空間，在這個空間中，最大限度保護(hù)開采人員安全。本文以東懷煤礦13I12回風(fēng)巷掘進(jìn)支護(hù)為例，分析了支護(hù)工作對煤礦開采的意義和影響。13I12回風(fēng)巷是沿Ⅰ煤掘進(jìn)的全煤巷道，主要用于13I12工作面的進(jìn)風(fēng)、運(yùn)輸、行人。巷道位于礦區(qū)南側(cè)，北邊為三采區(qū)二階段回風(fēng)、皮帶、軌道下山，南邊為F11斷層，東邊為計(jì)劃開采的13I12工作面，西邊為未采工作面。巷道總工程量為900m（平距），沿Ⅰ煤掘進(jìn)。巷道開口位置在三采區(qū)二階段回風(fēng)下山內(nèi)，掘進(jìn)方位角163°。

1 煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的形式

煤礦巷道支護(hù)技術(shù)能較好地防止巖體脫落，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前煤礦開采中主要有砌碹支護(hù)、錨桿支護(hù)、錨噴支護(hù)、錨網(wǎng)噴支護(hù)、金屬拱形支架支護(hù)、以及各類支護(hù)之間的聯(lián)合支護(hù)等支護(hù)形式。根據(jù)不同的地質(zhì)條件、圍巖情況以及水文地質(zhì)條件，采用不同的支護(hù)形式。

1.1 東懷煤礦三采區(qū)情況簡介

東懷煤礦三采區(qū)的地面位置屬丘陵地貌，有簡易小路通過，低洼部分為水田、池塘等，地勢較高的為果園及松林地。其煤層、頂、底板、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)情況如下：

1.1.1 Ⅰ煤層

煤厚約2.8～3.2m，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以暗煤為主，暗淡型光澤，條帶狀結(jié)構(gòu)，含砂質(zhì)透鏡體，夾矸為3～5層碳質(zhì)泥巖，厚0.1～0.6m。煤層為低沼氣煤層（含量為5.33m3/t），煤塵有爆炸危險（煤塵爆炸性指數(shù)為45.51%），煤層的自燃傾向性等級為Ⅰ類，屬容易自燃煤層。根據(jù)相鄰工作面巷道的掘進(jìn)揭露情況看，該煤層賦存較為穩(wěn)定。

1.1.2 煤層頂、底板

Ⅰ煤偽頂巖性為含碳質(zhì)泥巖，灰黑色，性軟，斷口粗糙。直接頂為泥巖，遇水膨脹，局部為含砂質(zhì)泥巖。老頂為灰白色砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖。直接底為深灰色泥巖，硬度小、遇水易變軟。老底為灰白色砂質(zhì)泥巖，較硬，有時見細(xì)砂巖。具體情況見表1。

表1

1.1.3 地質(zhì)構(gòu)造情況

三采區(qū)位于井田南端。采區(qū)構(gòu)造形態(tài)為一個走向160°左右、傾向北東東向，傾角10～16°的單斜構(gòu)造。三采區(qū)南部和北部構(gòu)造相對復(fù)雜，中部則相對簡單。采區(qū)構(gòu)造類別屬第二類。根據(jù)礦井Ⅰ煤各掘進(jìn)面以及工作面分析，巷道所處煤、巖層地質(zhì)變化不大，頂板泥巖層較破碎，沒有皺褶構(gòu)造，煤層傾角平均為14°。

1.1.4 水文地質(zhì)

三采區(qū)煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，從已掘的三采區(qū)巷道分析，三采區(qū)巷道掘進(jìn)時涌水不大，打頂板錨桿時有少量滴水。

2 確定煤礦巷道支護(hù)形式

根據(jù)開采區(qū)實(shí)際資料和支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，該項(xiàng)目主要采取前探梁作為臨時支護(hù)，錨桿支護(hù)作為巷道永久支護(hù)形式。

煤礦巷道臨時支護(hù)，顧名思義，是一種暫時的支護(hù)方式，它一般架設(shè)在永久支護(hù)之前，包括錨桿支護(hù)、梯形支護(hù)等方式，以緊貼工作面、服務(wù)期限短等為特點(diǎn)[1]，同時原材料能夠回收利用，在保障了工作空間和巷道安全的前提下，創(chuàng)造了最大經(jīng)濟(jì)效益。

13I12回風(fēng)巷主要選取前探梁作為臨時支護(hù)，它分別由0.8m、1.0m、1.2m等不同長度的槽鋼制成，每條槽鋼按平均距離開三個孔。掘進(jìn)巷道以2m為一個循環(huán)，掘進(jìn)夠2.0m后打頂板錨桿，平行巷道方向?qū)⑶疤搅嚎孜粚?zhǔn)錨桿后扭緊，用木板等材料背好頂作為巷道的臨時支護(hù)。在安裝過程中，要檢查木板、枕木等背頂材料是否嚴(yán)實(shí)，同時扭緊錨桿螺帽確保前探梁牢固可靠，保障臨時支護(hù)方式的安全系數(shù)。完成臨時支護(hù)后，人員方可在臨時支護(hù)下方進(jìn)行打錨桿、掛網(wǎng)等作業(yè)，完成一個循環(huán)的支護(hù)后，回收臨時支護(hù)的前探梁，進(jìn)行下一循環(huán)的支護(hù)作業(yè)。

永久支護(hù)：13I12回風(fēng)巷永久支護(hù)采用“錨桿+H型鋼帶+錨索+菱形金屬網(wǎng)”的支護(hù)形式，主要需要的設(shè)備材料有液壓錨桿機(jī)、全螺紋鋼錨桿、錨索等，在支護(hù)的不同部位，要根據(jù)煤巖的情況使用針對性材料，如頂板錨桿選用φ20×2500mm的全螺紋鋼錨桿，邊幫選用φ16×2000mm的全螺紋鋼錨桿，以節(jié)約支護(hù)材料。

3 煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的具體應(yīng)用途徑

為預(yù)防煤礦安全事故，在架設(shè)支護(hù)結(jié)構(gòu)過程中，需要按照一定程序和標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，接下來將介紹煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的具體應(yīng)用途徑：

3.1 選擇合適支護(hù)參數(shù)，采用計(jì)算法核驗(yàn)

支護(hù)參數(shù)的準(zhǔn)確性直接關(guān)系著支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在本項(xiàng)目中，主要根據(jù)以下三個步驟核算：

第一步：計(jì)算頂錨桿懸吊作用：

式中：L表示錨桿總長，單位為mm；H表示冒落拱高度，單位為mm；K表示安全系數(shù)，一般K=2；L1表示錨桿錨入穩(wěn)定巖層的的深度，一般L1=400mm；L2表示錨桿在巷道中的外露長度；一般L2=50mm。

通過這個計(jì)算公式計(jì)算出錨桿具體長度，達(dá)到加固幫煤體作用，即錨固效果。

第二步：計(jì)算錨桿的間距、排距：

式中：α表示錨桿的間、排距，單位為m；K表示安全系數(shù)，一般K=2；Q表示頂板錨桿的設(shè)計(jì)錨固力，一般Q=80kN；γ表示被懸吊巖石的重力密度。

第三步：參考外購錨桿抗拉試驗(yàn)技術(shù)參數(shù)，核算錨桿支護(hù)強(qiáng)度是否達(dá)到要求

當(dāng)錨桿試驗(yàn)拉力值大于設(shè)計(jì)值時，說明錨桿支護(hù)強(qiáng)度符合計(jì)算結(jié)果要求。

錨索長度主要根據(jù)懸吊作用確定，包括錨索深入到較穩(wěn)定巖層的錨固長度、需要外露的張拉長度、上托盤及錨具的厚度和需要懸吊的不穩(wěn)定巖層厚度，將這四個數(shù)值相加，可以算出錨索具體長度。

3.2 錨索支護(hù)理論計(jì)算法

錨索支護(hù)理論計(jì)算法根據(jù)圍巖力學(xué)特征建立數(shù)學(xué)模型，但因?yàn)榈V區(qū)地質(zhì)條件變化復(fù)雜，力學(xué)模型參數(shù)與實(shí)際相差較多，所以這種方式只能作為設(shè)計(jì)參考，在實(shí)際過程中，必須按照以上三個步驟逐一計(jì)算，得出精確支護(hù)結(jié)構(gòu)具體數(shù)據(jù)，保障支護(hù)形式的有效性，其具體計(jì)算公式如下所示：

式中：L2表示錨索排距，單位為m；

n表示錨索排數(shù)，單位為排；

F2表示錨索極限承受力，一般F2=240kN；

B為巷道冒落寬度；R為巖石容重；

H為巷道冒落高度；F1為錨桿錨固力；

γ為角錨桿與巷道頂板的夾角。

L1為錨桿排距。

根據(jù)這個錨索排距計(jì)算公式，可以具體算出支護(hù)形式的設(shè)計(jì)值。在計(jì)算過程中，工作人員要仔細(xì)認(rèn)真，不能忽略數(shù)值后的小數(shù)點(diǎn)或者某一具體計(jì)算步驟。

3.3 形成煤礦巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的途徑

在煤礦巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)形成過程中，要先用前探梁做好臨時支護(hù)，再進(jìn)行錨桿永久支護(hù)。進(jìn)行永久支護(hù)時：①使用液壓錨桿鉆機(jī)和煤電鉆打好錨桿眼，施工時需注意粉塵污染；②使用錨桿將錨固劑推入錨桿眼，攪動錨桿進(jìn)行錨固；③鋪好錨網(wǎng)及上好“十字形”鋼帶，擰緊托板螺母，形成永久支護(hù)。

工人在架設(shè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)特別注意杜絕空頂作業(yè)和邊掘邊錨兩種情況，如遇到頂板破碎時，應(yīng)該采取“割一排，錨一排”的措施，必要時搭棚架或進(jìn)行打柱等進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。必須是打頂錨桿后，再打幫錨桿，邊幫上兩排頂角錨桿必須與頂板同步進(jìn)行永久支護(hù)。

3.4 煤礦巷道支護(hù)工藝及具體要求

每個礦區(qū)的地質(zhì)條件、氣候條件都不同，煤礦必須根據(jù)本礦井地質(zhì)條件及參考相鄰礦井的地質(zhì)條件，選用合適的支護(hù)材料及支護(hù)形式，并根據(jù)礦井采掘過程遇到的地質(zhì)情況變化及時更改支護(hù)形式，以確保支護(hù)質(zhì)量。東懷煤礦主要有以下幾種支護(hù)材料，如表2所示。

表2

根據(jù)表2可知，每一種支護(hù)結(jié)構(gòu)的材料規(guī)格和原材料需求都不同，如頂錨桿需要全螺紋鋼錨桿等，礦區(qū)采掘工作存在很大的危險性，在架設(shè)支護(hù)結(jié)構(gòu)時，一定要保障原材料的質(zhì)量和規(guī)格，提升支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能。

4 結(jié)束語

綜上所述，煤礦巷道支護(hù)技術(shù)有利于保護(hù)開采工人安全，預(yù)防礦區(qū)坍塌等事故的發(fā)生，煤礦及科研單位需要加大對支護(hù)技術(shù)的研究力度，結(jié)合現(xiàn)代化信息技術(shù)，促進(jìn)支護(hù)形式多樣化。在確定支護(hù)形式的過程中，技術(shù)人員要計(jì)算核驗(yàn)支護(hù)參數(shù)，結(jié)合開采區(qū)地質(zhì)地貌、水文狀況，準(zhǔn)確判斷存在的安全隱患，采取針對性支護(hù)形式，堅(jiān)持在保障開采質(zhì)量的前提下，節(jié)約成本，達(dá)到經(jīng)濟(jì)安全的開采效果，在架設(shè)好支護(hù)形式后，要指定專業(yè)的監(jiān)督團(tuán)隊(duì)核驗(yàn)支護(hù)安全程度，最大限度的確保開采安全。同時開采工人要提升安全意識和責(zé)任意識，在架設(shè)支護(hù)結(jié)構(gòu)過程中，注意巖層活動狀況，如果遇到突發(fā)狀況，必須鎮(zhèn)定處理，尋求自救，保護(hù)自身安全。

[1]陳江平.關(guān)于煤礦巷道掘進(jìn)施工與支護(hù)技術(shù)的探討[J].科技與企業(yè)，2015（14）：120.

[2]何生武.松軟破碎頂板巷道支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用探究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（21）：269，270.

TD353

A

1004-7344（2016）06-0169-02

2016-1-12

韋海軍（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事煤礦安全生產(chǎn)工作。

韋世謀（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事煤礦安全生產(chǎn)工作。