煤礦掘進(jìn)支護(hù)設(shè)計(jì)與工藝

田原

摘要：錨桿支護(hù)是煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)的常用方式，其能在支護(hù)設(shè)備設(shè)施優(yōu)化配置的基礎(chǔ)上，提升巷道支護(hù)的穩(wěn)定性，滿足煤礦安全生產(chǎn)需要。本文在闡述煤礦巷道掘進(jìn)支護(hù)必要性的基礎(chǔ)上，就煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)內(nèi)容展開分析，同時(shí)指出掘進(jìn)巷道支護(hù)工藝應(yīng)用的具體要點(diǎn)，期望能進(jìn)一步提升煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)質(zhì)量，進(jìn)而在支護(hù)工藝高效應(yīng)用的基礎(chǔ)上，為煤礦安全生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件。

關(guān)鍵詞：煤礦;掘進(jìn)巷道;支護(hù)設(shè)計(jì);支護(hù)工藝

煤炭資源是我國工業(yè)生產(chǎn)的重要?jiǎng)恿δ茉?，新時(shí)期，社會生產(chǎn)中對于煤炭資源的依賴性不斷加強(qiáng)，這要求煤礦企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)模式優(yōu)化，確保煤炭資源的有效供給。煤礦資源開采中，礦井掘進(jìn)巷道支護(hù)是極為重要的一項(xiàng)工作，其不僅關(guān)系著井下作業(yè)的安全性，而且對于煤炭資源開采效率具有重大影響?；诖?，有必要在煤礦生產(chǎn)中進(jìn)行掘進(jìn)巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)，并加強(qiáng)支護(hù)工藝應(yīng)用管理。

一、煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)的必要性

煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)主要是在掘進(jìn)過程中為維護(hù)頂板安全而采用的保護(hù)性手段，其是煤礦井下作業(yè)必不可少的一道工藝。生產(chǎn)實(shí)踐中，進(jìn)行煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)的必要性體現(xiàn)在以下層面：

其一，在煤炭未經(jīng)開采前，其與周圍的巖層結(jié)合在一起，使得地下地層環(huán)境處于受力穩(wěn)定狀態(tài)，而隨著煤炭資源被挖掘，地下環(huán)境整體受到破壞，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有所下降，容易發(fā)生井下塌陷等問題，基于此，有必要做好掘進(jìn)巷道的支護(hù)管理。其二，規(guī)范化的開展巷道支護(hù)能使得掘進(jìn)工作面保持穩(wěn)定狀態(tài)，保證井下作業(yè)人員的安全性。其三，對于煤礦企業(yè)而言，進(jìn)行煤礦掘進(jìn)支護(hù)設(shè)計(jì)，還能在優(yōu)化井下生產(chǎn)環(huán)境的基礎(chǔ)上，提升采煤效率，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益增長和戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)現(xiàn)[1]。

二、煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)內(nèi)容

煤礦掘進(jìn)作業(yè)面的環(huán)境較為復(fù)雜，開展掘進(jìn)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，工作人員需要考慮較多的因素，設(shè)計(jì)過程專業(yè)性較強(qiáng)，整體難度較大。就目前而言，錨桿支護(hù)是煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)的常用方式，開展掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)需考慮錨桿長度、錨桿間排距、錨索加強(qiáng)支護(hù)等設(shè)計(jì)內(nèi)容。

1、錨桿長度設(shè)計(jì)

錨桿長度設(shè)計(jì)是煤礦掘進(jìn)巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工作人員需要按照懸吊理論，就錨桿的主要參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃。在錨固區(qū)域內(nèi)，錨桿會與周圍的巖層組合，并形成組合梁，此時(shí)，假設(shè)巷道荷載q在該結(jié)構(gòu)上均勻分布，則錨桿的有效長度、錨固區(qū)域巖層形成組合拱的厚度可通過下式進(jìn)行計(jì)算：

上式中，k1、k2分別表示了安全系數(shù)和蠕變安全系數(shù);通常，K1取值在3～5之間，而k2取值為1.204。就k3而言，該系數(shù)由錨固區(qū)域內(nèi)的受錨固力而形成組合梁的巖層數(shù)目所決定。此外，B、σt、P0分別表示了巷道跨度、頂板煤層抗拉強(qiáng)度、原巖水平應(yīng)力分量[2]。

完成上述計(jì)算后，累加錨桿外漏長度、錨桿的有效長度或錨固區(qū)域巖層形成組合拱的厚度可、錨桿錨固段長度，即可實(shí)現(xiàn)錨桿整體長度的有效計(jì)算。需注意的是，針對錨桿長度的設(shè)計(jì)及計(jì)算，還行在考慮煤礦基本環(huán)境情況的同時(shí)，分析錨桿材料情況，進(jìn)而確保錨桿長度符合礦井巷道支護(hù)需要。

2、錨桿間排距設(shè)計(jì)

錨桿間排距的設(shè)計(jì)不僅關(guān)系著巷道的支護(hù)質(zhì)量，而且對于巷道掘進(jìn)支護(hù)成本及企業(yè)生產(chǎn)成本具有較大影響。具體設(shè)計(jì)中，通常按照等間距、排距的方式及進(jìn)行設(shè)計(jì)，該布設(shè)體系下，錨桿間排距SC計(jì)算方法為：

式中，d、τ、K4分別代表了錨桿敢提直徑、桿體抗剪強(qiáng)度、頂板抗剪安全系數(shù)。在煤礦生產(chǎn)中，Φ20×2000mm的等強(qiáng)左旋螺紋鋼錨桿應(yīng)用較多，其直徑長取20mm，而桿體抗剪強(qiáng)度按原能力的60%計(jì)算，此外，要求頂板抗剪安全系數(shù)在3～6之間取值[3]。

3、錨索加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)

錨索加強(qiáng)支護(hù)是巷道配套支護(hù)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，往往需要按照《工作面掘進(jìn)地質(zhì)說明書》所調(diào)查的地質(zhì)資料進(jìn)行系統(tǒng)分析。就目前而言，施工交岔點(diǎn)及過斷層時(shí)，錨索加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用較為普遍，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，還需考慮錨索深入到較穩(wěn)定巖層錨固長度、頂板最大破壞深度等因素，此外，應(yīng)就上托盤索具厚度、外露張拉強(qiáng)度等因素進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滿足巷道支護(hù)設(shè)計(jì)需要。

三、煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)工藝要點(diǎn)

1、加強(qiáng)錨桿安裝管理

錨桿安裝是煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)工藝應(yīng)用的關(guān)鍵所在，在實(shí)際安裝中，還應(yīng)注重以下要點(diǎn)：其一，采用鋼帶配合高強(qiáng)度托盤支護(hù)時(shí)，要求加強(qiáng)那個(gè)蝶形墊片的接頂管理，接頂要嚴(yán)實(shí)，同時(shí)抗拔力到設(shè)計(jì)要求。其二，在錨桿外漏長度管理中，要求其長度控制在螺母外10～40mm。其三，錨桿安裝時(shí)，要求采用錨桿體頂住樹脂藥卷，然后將其送到孔底。其四，所有的錨桿應(yīng)擰緊，在錨桿排列安裝后，要求錨桿排間距誤差不超過±100mm。其五，在進(jìn)行錨桿支護(hù)時(shí)，還應(yīng)注重其與錨索的有效配合。

2、鉆眼方法

采用MQT-130/2.8型錨桿鉆機(jī)為錨索打眼，打眼時(shí)要先送水，嚴(yán)禁無水開鉆。在打眼過程中，應(yīng)注重孔深偏差的有效控制。通常，要求錨索孔深偏差保持在0～200mm，錨桿孔深偏差保持在0～50mm，在鉆孔直徑管理中，要求鉆孔直徑與桿體桿直徑偏差小于10mm。

3、規(guī)范前伸側(cè)翻機(jī)載的前探操作管理

當(dāng)掘進(jìn)機(jī)完成截、割、裝煤作業(yè)后，應(yīng)將截割頭放下，并且使得掘進(jìn)機(jī)開關(guān)處于閉鎖狀態(tài)。該過程中，嚴(yán)禁前伸側(cè)翻機(jī)載前探下放站人，同時(shí)，在當(dāng)停止升降機(jī)載前探后，應(yīng)立即開展支護(hù)施工，嚴(yán)禁在使用支護(hù)裝置時(shí)掘進(jìn)作業(yè)。此外，當(dāng)完成支護(hù)作業(yè)需要進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，需操作二位三通閥進(jìn)行切換作業(yè)，繼而使得設(shè)備切換到掘進(jìn)所需的油路。

結(jié)論

煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)對于煤礦安全生產(chǎn)具有重大影響。生產(chǎn)實(shí)踐中，工作人員只有充分認(rèn)識到煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)的必要性，然后深化掘進(jìn)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)，并加大支護(hù)工藝的應(yīng)用，才能有效地提升掘進(jìn)巷道支護(hù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)生產(chǎn)效益與安全的有效保證。

參考文獻(xiàn)：

[1]?? 申恒濤.煤礦掘進(jìn)支護(hù)設(shè)計(jì)與工藝[J].名城繪，2018（9）：116.

[2]?? 李韶杰，張占杰，張恒旭.煤礦巷道掘進(jìn)工藝及裝備的發(fā)展分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018（34）：3399.

[3]譚柯.煤礦開采和掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)[J].煤，2018，27（5）：42-43.