煤礦井下巷道頂板支護(hù)分析

摘要：頂板支護(hù)工作的安全性直接關(guān)系到1礦井下巷道掘進(jìn)工作能否安全進(jìn)展弓本文介紹了礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)相關(guān)問題及原因分析，并對頂板支護(hù)分類進(jìn)行了探討，著重對礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)的有效控制措施進(jìn)行闡述，促進(jìn)巷道掘進(jìn)工作質(zhì)量的提升。

關(guān)鍵詞：礦井；巷道掘進(jìn)；頂板支護(hù)；

1.引言

礦井下巷道掘進(jìn)工程風(fēng)險(xiǎn)性較大，作為一個(gè)整體系統(tǒng)，任何一處存在問題都將會導(dǎo)致掘進(jìn)質(zhì)量下降，甚至造成巷道坍塌事故。因此掘進(jìn)工作中，工作人員既要選用施工工藝來確保掘進(jìn)速度，還要科學(xué)、合理的防范相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，特別是做好巷道內(nèi)的頂板支護(hù)工作，確保掘進(jìn)工作的安全性與可靠性。

2.礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)問題及原因分析

2.1礦并下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)常見問題

圍巖自身穩(wěn)定性較差。礦區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，一方面遇到自身性質(zhì)不穩(wěn)定圍巖就會給巷道支護(hù)帶來較大困難。另一方面如果在掘進(jìn)施工過程中圍巖發(fā)生較大變形，也會對巷道造成嚴(yán)重破壞，即使經(jīng)過多次返修后也達(dá)不到預(yù)期效果。

后期掘進(jìn)中圍巖變形或是遭到破壞造成支護(hù)難度大。礦層中會存在大量積水，而圍巖巖體遇到水就會產(chǎn)生較大膨脹力，再加上圍巖會受到上部以及兩側(cè)擠壓力作用，一旦發(fā)生圍巖變形或是出現(xiàn)塌落現(xiàn)象時(shí)，將會給巷道支護(hù)帶來嚴(yán)重困難。再有受到地質(zhì)條件影響，巷道施工時(shí)會從頂板裂縫中偶爾出現(xiàn)石塊脫落現(xiàn)象，這都會造成頂板裂縫增多或是裂縫開大，甚至出現(xiàn)圍巖離層現(xiàn)象，造成冒頂事故給頂板支護(hù)帶來較大挑戰(zhàn)。

2.2影響掘進(jìn)頂板支護(hù)的因素分析

礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。礦井下巷道施工時(shí)，影響巷道頂板支護(hù)的因素較多，遇到地質(zhì)條件以及基礎(chǔ)條件較好地段，掘進(jìn)速度較快。而對于一些地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜地段，不僅會影響掘進(jìn)速度，還會易造成頂板斷裂發(fā)生坍塌事故，對于褶曲斷層地質(zhì)構(gòu)造中的較厚礦層穩(wěn)定性較差，也會對掘進(jìn)質(zhì)量帶來較大影響。

施工工藝的影響。與傳統(tǒng)支護(hù)方式、施工方法相比較，大幅度提升了掘進(jìn)速度和施工質(zhì)量，但在施工過程中還存在裝藥量、炮眼位置誤差過大問題，這將會對錨噴支護(hù)帶來不利條件。礦井下巷道施工時(shí)部分巷道布置較密集，其中一條巷道開掘產(chǎn)生的震動(dòng)和應(yīng)力變化，都會對巖體整體地應(yīng)力平衡產(chǎn)生影響，如果兩個(gè)或多個(gè)巷道掘進(jìn)工作面同時(shí)施工，相互之間地應(yīng)力影響就更大，給頂板支護(hù)帶來極大困難。

3礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)分類

3.1可縮性支架支護(hù)

可縮性支架是礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)中常見類型，具有雙向可縮、荷載能力較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。一般用在川類、IV類面積小于8㎡面積巷道中。其荷載能力分為極限承載能力和實(shí)際承載能力兩種，極限承載能力指的是可伸縮支架在其剛性過程中所呈現(xiàn)出的最大承載能力，決定了巷道支架是否發(fā)生塑性變形。實(shí)際承載能力是指收縮過程中所呈現(xiàn)處的承載能力，決定了巷道支架以及連接部件的承載力。

3.2礦用型鋼支護(hù)

目前，礦井所用支護(hù)型鋼主要有工字鋼和槽鋼兩種，這種鋼材具有抗壓、抗拉、抗剪性能強(qiáng)的特點(diǎn)，在礦井下巷道支護(hù)中應(yīng)用較為廣泛。礦井巷道掘進(jìn)時(shí)工作環(huán)境較惡略，對礦用支護(hù)型鋼性能提出了更高要求。礦井下巷道掘進(jìn)中，需要對產(chǎn)生的橫向、豎向載荷推動(dòng)力進(jìn)行支護(hù)，在橫向、縱向方向上都要具備較強(qiáng)的負(fù)荷承載能力。

3.3預(yù)留礦柱支護(hù)

利用預(yù)留礦柱進(jìn)行支護(hù)是傳統(tǒng)巷道頂板支護(hù)技術(shù)，通常在巷道上區(qū)段、下區(qū)段中應(yīng)用較多。具有操作簡便、支護(hù)強(qiáng)度高的優(yōu)勢，巷道通風(fēng)以及排水能力也得到明顯增強(qiáng)，但預(yù)留礦柱技術(shù)應(yīng)用成本較高。

4礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)有效控制措施

4.1制定合理的支護(hù)計(jì)劃和支護(hù)方案，做好準(zhǔn)備工作

在礦井掘進(jìn)施工中由于工期緊、任務(wù)重等原因，易造成現(xiàn)場混亂現(xiàn)象。因此在施工前要做好規(guī)劃，包括材料放置位置、施工進(jìn)度、作業(yè)方案、關(guān)鍵作業(yè)點(diǎn)、注意事項(xiàng)等。做好施工前的充足準(zhǔn)備，施工中才會有條不紊的進(jìn)行。一方面，根據(jù)礦井地質(zhì)勘測資料、地質(zhì)構(gòu)造以及巷道周邊力學(xué)性質(zhì)等實(shí)際情況，科學(xué)的選擇與之相適應(yīng)的支護(hù)方式，并對風(fēng)險(xiǎn)性較大的冒頂、掘進(jìn)工作面巷道開口等工作進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，制定相應(yīng)安全技術(shù)方案與組織措施。另一方面應(yīng)優(yōu)化巷道掘進(jìn)施工設(shè)計(jì)，明確所需備用材料數(shù)量、尺寸等基本情況，嚴(yán)格按照掘進(jìn)作業(yè)規(guī)程進(jìn)行操作，杜絕麻痹大意心理。

4.2加強(qiáng)支架支護(hù)與周邊圍巖協(xié)同配合力度

礦井下巷道掘進(jìn)過程中風(fēng)險(xiǎn)很大，特別是在初掘時(shí)，極易發(fā)生巷道變形和位移。因此，支護(hù)方式應(yīng)采用初具柔性后具剛性的支護(hù)結(jié)構(gòu)，可以有效控制巷道變形與位移問題，也有利于保持巷道空間整體完整性，降低后期維護(hù)量和維護(hù)費(fèi)用。鑒于此，應(yīng)加強(qiáng)支架支護(hù)強(qiáng)度與圍巖釋壓、讓壓的協(xié)同配合力度，促進(jìn)巷道整體支護(hù)體強(qiáng)度提升，控制圍巖在一定量范圍內(nèi)進(jìn)行圍巖變形釋壓，強(qiáng)化頂板支護(hù)強(qiáng)度。

4.3改進(jìn)掘進(jìn)工藝、促進(jìn)設(shè)備更新?lián)Q代

現(xiàn)在很多礦井還在采用傳統(tǒng)掘進(jìn)工藝，采掘效率低且工作強(qiáng)度大，改進(jìn)巷道掘進(jìn)施工技術(shù)有利于提高單井產(chǎn)量。首先針對地質(zhì)構(gòu)造以及基礎(chǔ)條件較好的巷道采用巷道綜合機(jī)械化掘進(jìn)施工技術(shù)，此技術(shù)具有整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、中心位置較低、破巖能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。主要包括懸臂式掘進(jìn)機(jī)、單體錨桿鉆機(jī)以及供電設(shè)備等設(shè)備設(shè)施組成，采用液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)構(gòu)，生產(chǎn)效率高，適應(yīng)范圍廣，且液壓系統(tǒng)安裝了自動(dòng)加油裝置，降低了故障率。采用PLC編程技術(shù)作為電氣系統(tǒng)的主要控制技術(shù)，可以自助檢測故障并顯示故障代碼，節(jié)約了查找故障點(diǎn)時(shí)間。其次，大斷面礦層可采用連續(xù)采礦機(jī)掘進(jìn)施工技術(shù)，主要應(yīng)用于多巷快速礦井掘進(jìn)、矩形斷面雙巷掘進(jìn)施工中。采用連續(xù)采礦機(jī)開掘運(yùn)輸巷道過程中，可以利用錨桿鉆車在回風(fēng)巷道中同時(shí)進(jìn)行錨桿支護(hù)作業(yè)，具有兩者可以連續(xù)交叉作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)，節(jié)約了施工工期。再次，應(yīng)促進(jìn)掘進(jìn)施工設(shè)備的更新?lián)Q代，巷道掘進(jìn)施工中應(yīng)推廣使用錨索、錨網(wǎng)等可縮性支架進(jìn)行支護(hù)；小斷面巷道掘進(jìn)中推廣使用鑿巖臺車，基本實(shí)現(xiàn)了鉆孔、開孔、換釬、返釬、定位等操作的自動(dòng)化；大斷面巷道掘進(jìn)中可推廣使用綜掘機(jī)、TBM掘進(jìn)機(jī)、盾構(gòu)機(jī)等先進(jìn)設(shè)備；對老舊設(shè)備進(jìn)行更新?lián)Q代，可以大幅度提高掘進(jìn)速度和施工質(zhì)量，從而提高生產(chǎn)效率。最后，巷道支護(hù)技術(shù)必須結(jié)合實(shí)際情況與未來發(fā)展趨勢綜合考量，普及新技術(shù)和新設(shè)備的使用。

結(jié)語

總的來說，礦區(qū)安全生產(chǎn)關(guān)系到每一位施工者的人身安全，也關(guān)系到每一個(gè)職工家庭幸福，責(zé)任重大。礦井掘進(jìn)頂板支護(hù)工作需要嚴(yán)謹(jǐn)對待，科學(xué)施工，有利于提高采礦效率和質(zhì)量，確保井下作業(yè)安全。

作者簡介：

王漢國，男，1985年6月出生，工程師，2009年畢業(yè)于黑龍江科技學(xué)院采礦工程專業(yè)， 現(xiàn)工作于七臺河市煤炭生產(chǎn)安全監(jiān)督管理局，主要從事采礦技術(shù)及管理工作。