關(guān)于煤炭井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)的研究

李長(zhǎng)浩　殷超

摘要：我國(guó)在近些年中，頻發(fā)煤礦事故，造成了嚴(yán)重人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。其中，煤炭井下巷道掘進(jìn)頂板事故為重要事故類型。因此，本文主要就煤炭井下巷道掘進(jìn)常用頂板支護(hù)方式，即錨索支護(hù)、礦用型鋼支護(hù)、預(yù)留煤柱支護(hù)、可伸縮支架支護(hù)，加強(qiáng)煤炭井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)控制技術(shù)應(yīng)用方法，即開展支護(hù)作業(yè)有效準(zhǔn)備、加強(qiáng)支架強(qiáng)度、提升掘進(jìn)工藝加大設(shè)備投入等內(nèi)容進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：煤炭井下；巷道掘進(jìn)；頂板支護(hù)

煤礦井下巷道掘進(jìn)作業(yè)中，如果頂板支護(hù)不到位會(huì)造成巷道周邊圍巖出現(xiàn)一些問題，產(chǎn)生出不必要的質(zhì)量和安全問題，嚴(yán)重影響煤礦井下巷道掘進(jìn)作業(yè)進(jìn)度。因此，專業(yè)化人員需要利用高質(zhì)量頂板支護(hù)方式，有效準(zhǔn)備各種支護(hù)材料、小型機(jī)械設(shè)備，合理安排施工作業(yè)人員，提升煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)技術(shù)應(yīng)用水平。

一、煤炭井下巷道掘進(jìn)常用頂板支護(hù)方式

（1）錨索錨桿支護(hù)。

在煤炭井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)作業(yè)中，錨索支護(hù)與錨桿支護(hù)是重要方式。它們?cè)诓僮髦兄饕獞?yīng)用的構(gòu)件有：錨索桿體、錨桿桿體、錨索托板、錨桿網(wǎng)等。其中，錨索托板主要功能是實(shí)現(xiàn)錨桿尾部、錨索與圍巖有效接觸，為整個(gè)錨索、錨桿應(yīng)用提供一個(gè)預(yù)緊力，有效改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，避免圍巖出現(xiàn)離層、滑動(dòng)問題。同時(shí)，錨桿網(wǎng)主要功能是實(shí)現(xiàn)錨索錨桿支護(hù)方式在圍巖周邊形成一個(gè)穩(wěn)定的荷載，防止圍巖發(fā)生變形問題，提高了煤炭開采作業(yè)質(zhì)量，提升了煤礦的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）礦用型鋼支護(hù)。

礦用型鋼具有抗壓能力強(qiáng)、抗拉水平高、抗剪效率強(qiáng)、韌性良好的特點(diǎn)。在整個(gè)煤炭井下巷道掘進(jìn)中應(yīng)用礦用型鋼，具有良好支護(hù)性能。比如：第一，具有良好可塑特點(diǎn)的支架可以保障整個(gè)圍巖周邊形成有效滑移集合形狀、保持型鋼穩(wěn)定受力狀態(tài)，保持足夠大的接觸面積。第二，礦用型鋼具有足夠的負(fù)載能力，保持截面抵抗矩具有相近數(shù)值，形成良好支護(hù)效果。

（3）預(yù)留煤柱支護(hù)。

預(yù)留煤柱支護(hù)方式主要是專業(yè)人員合理應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)大致確定預(yù)留煤柱寬度，并且進(jìn)行支護(hù)埋深的科學(xué)測(cè)算，在水平原巖保持8到9MPa應(yīng)力、在垂直原巖保持14到15MPa應(yīng)力，應(yīng)用高強(qiáng)度支護(hù)材料提升預(yù)留煤柱支護(hù)質(zhì)量，保障煤礦生產(chǎn)作業(yè)安全。

（4）可伸縮支架支護(hù)。

在整個(gè)煤炭井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)中，可伸縮支架收縮負(fù)荷承載能力就是實(shí)際承載力。因此，專業(yè)化人員需要加強(qiáng)可伸縮支架材料應(yīng)用水平，保持主要構(gòu)件之間具有穩(wěn)定連接狀態(tài)，提升巷道支架工作性能。同時(shí)，支護(hù)作業(yè)人員需要提升支護(hù)材料極限承載能力，即優(yōu)化巷道支架塑性變形結(jié)構(gòu)[1]。

二、加強(qiáng)煤炭井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)控制技術(shù)應(yīng)用方法

煤礦所在地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造條件、巷道頂板固定方式等因素嚴(yán)重影響到煤炭井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)質(zhì)量。因此，頂板支護(hù)作業(yè)人員需要有效勘察地質(zhì)形態(tài)，選擇適當(dāng)支護(hù)材料，最終提升煤礦井下支護(hù)安全程度。

（1）開展支護(hù)作業(yè)有效準(zhǔn)備。

在支護(hù)作業(yè)施工前期，需要做好支護(hù)準(zhǔn)備工作。具體來(lái)講，第一，專業(yè)化支護(hù)人員需要依據(jù)巷道掘進(jìn)施工設(shè)計(jì)圖紙，明確支護(hù)作業(yè)材料的尺寸、數(shù)量，選取的掘進(jìn)方式與作業(yè)人員組織方式。比如：有關(guān)方面的支護(hù)作業(yè)人員需要嚴(yán)格依照國(guó)家有關(guān)方面規(guī)定，支護(hù)作業(yè)操作程序來(lái)開展工作。第二，支護(hù)作業(yè)人員在充分了解到煤礦井下巷道掘進(jìn)地質(zhì)構(gòu)造條件、巷道圍巖力學(xué)性質(zhì)、礦井礦壓資料，最終明確作業(yè)方式，保障作業(yè)支護(hù)質(zhì)量和安全。比如：在巷道中選取合適位置開展巷道開口掘進(jìn)作業(yè)、巷道冒頂處理施工等，提前進(jìn)行施工作業(yè)方案的技術(shù)規(guī)劃。

（2）加強(qiáng)支架強(qiáng)度。

支護(hù)作業(yè)人員需要加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度，最終提升煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)技術(shù)應(yīng)用能力。由于礦井作業(yè)具有復(fù)雜的地質(zhì)特征，需要有關(guān)方面人員有效處理好巷道變形、位移等問題。因此，專業(yè)化支護(hù)作業(yè)人員需要選取剛性材料、應(yīng)用柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，提升整個(gè)巷道支護(hù)水平。應(yīng)用這樣的方式可以在最大程度上保持巷道空間的完整性，有效緩解巷道變形與位移的情況，降低今后返修率。

（3）提升掘進(jìn)工藝加大設(shè)備投入。

巷道掘進(jìn)支護(hù)作業(yè)人員應(yīng)用新型技術(shù)工藝，加大設(shè)備方面投入力度可以有效提升支護(hù)能力，保障煤炭資源開采的效率。原因在于，科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展使得采煤方式中大量應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)、人工智能技術(shù)、保障開采作業(yè)的精密化。因此，第一，支護(hù)作業(yè)人員需要提升掘進(jìn)工藝應(yīng)用水平。針對(duì)地質(zhì)條件良好的煤礦井下可以運(yùn)用綜合巷道機(jī)械掘進(jìn)法，保持掘進(jìn)機(jī)身低矮、具有良好破巖能力、整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，提升作業(yè)水平。針對(duì)具有大斷面特點(diǎn)的煤層可以運(yùn)用連續(xù)性采煤機(jī)開展掘進(jìn)，應(yīng)用高強(qiáng)度材料形成優(yōu)質(zhì)支護(hù)結(jié)構(gòu)。第二，需要投入一定資金、加大設(shè)備投入力度。比如：在整個(gè)大斷面煤層掘進(jìn)中，可以選用TBM掘進(jìn)機(jī)、盾構(gòu)機(jī)，鑿巖臺(tái)車開展高質(zhì)量煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)。

（4）改進(jìn)支護(hù)模式。

某煤礦規(guī)模不大、歷史悠久、采煤方式落后，支護(hù)作業(yè)人員可以選取“二二”式錨索支護(hù)方式，保持支護(hù)排距1.6米，一排在兩個(gè)鋼帶之間、另一排在鋼帶兩端垂直距離1.6位置。煤礦巷道支護(hù)改進(jìn)后的方案與原有支護(hù)方式相比較，每一排都少用若干個(gè)錨桿、巷道頂板中兩肩窩少用2排錨桿，即每向前支護(hù)100米就少用65根錨桿，極大節(jié)省了支護(hù)成本。

此煤礦在應(yīng)用了新型支護(hù)方式，即改進(jìn)掘進(jìn)作業(yè)支護(hù)方案后，使支護(hù)結(jié)構(gòu)最大位移量降低了15%，整個(gè)的塑形區(qū)深度也下降了2%，極大提升了煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)水平，保障了生產(chǎn)作業(yè)的安全程度。比如：在傳統(tǒng)支護(hù)方案中，頂板最大位移量為45mm、錨桿最大軸力為185kN、錨索最大軸力為213kN、頂板塑形區(qū)深度為0.93m。改進(jìn)后的方案頂板最大位移量為38mm、錨桿最大軸力為178kN、錨索最大軸力為209kN、頂板塑形區(qū)深度為0.9m[2]。

三、結(jié)論

綜上所述，為保障煤礦生產(chǎn)作業(yè)質(zhì)量和安全，有關(guān)人員需要應(yīng)用好煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)技術(shù)，改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，保持型鋼穩(wěn)定受力，依據(jù)巷道掘進(jìn)施工設(shè)計(jì)圖紙，明確支護(hù)作業(yè)材料的尺寸、數(shù)量，選取剛性材料、應(yīng)用柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，選取TBM掘進(jìn)機(jī)、盾構(gòu)機(jī)，鑿巖臺(tái)車開展高質(zhì)量支護(hù)作業(yè)，提升支護(hù)水平，保障煤礦作業(yè)質(zhì)量和安全，實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)良好效益和價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛曉成.煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)技術(shù)研究[J].煤，2017，（03）：7374.

[2]賀智慧.煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)研究[J].能源與節(jié)能，2016，（10）：4344.

作者簡(jiǎn)介：李長(zhǎng)浩（1990），男，漢族，黑龍江克東縣人，本科，采礦助理工程師，研究方向：煤炭采掘及巷道支護(hù)方法。