掘進(jìn)巷道支護(hù)問(wèn)題分析及優(yōu)化措施

白曉敏

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云長(zhǎng)春興煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037100）

引言

我國(guó)目前掘進(jìn)工作面采用的支護(hù)方式主要是錨桿、錨索、金屬網(wǎng)形成的聯(lián)合支護(hù)，然而在地質(zhì)條件復(fù)雜的掘進(jìn)工作面，由于上覆巖層構(gòu)造應(yīng)力及采動(dòng)的影響很容易在頂板支護(hù)方面存在較大的隱患，對(duì)礦井的快速掘進(jìn)造成較大的阻礙。根據(jù)目前全國(guó)礦井發(fā)生的頂板事故統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)礦井的頂板事故主要是由于支護(hù)工藝無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)要求而發(fā)生頂板事故[1]。長(zhǎng)春興煤礦303 回風(fēng)順槽采用EBZ-200A 型綜掘機(jī)破煤，通過(guò)橋式轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)組成的綜合機(jī)械化掘進(jìn)，主要采用錨桿（索）、金屬網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)。由于303 回風(fēng)順槽掘進(jìn)時(shí)留頂煤，且303 回風(fēng)順槽掘進(jìn)區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，造成巷道掘進(jìn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)支護(hù)失效現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在支護(hù)錨固失效、支護(hù)體破斷等，導(dǎo)致巷道頂板破碎、巷道變形等現(xiàn)象，制約著巷道安全高效掘進(jìn)。為解決巷道支護(hù)問(wèn)題，該礦技術(shù)人員必須從支護(hù)方面著手，通過(guò)理論分析、現(xiàn)場(chǎng)勘查并采取相應(yīng)的技術(shù)措施來(lái)對(duì)頂板進(jìn)行有效的支護(hù)。

1 掘進(jìn)巷道支護(hù)主要存在的問(wèn)題

1.1 支護(hù)技術(shù)不合理

1）支護(hù)材料在選材時(shí)沒(méi)有參考掘進(jìn)工作面的實(shí)際地質(zhì)材料造成支出浪費(fèi)嚴(yán)重。例如掘進(jìn)工作面的煤層為侏羅紀(jì)煤層時(shí)，由于該煤層比較堅(jiān)硬，對(duì)支護(hù)設(shè)備的要求強(qiáng)度較低，但如果掘進(jìn)工作面的煤層為石炭二疊紀(jì)煤層，由于該煤層煤質(zhì)比較松軟且構(gòu)造復(fù)雜，對(duì)支護(hù)設(shè)備的要求強(qiáng)度較高，因此煤礦企業(yè)在選擇支護(hù)材料時(shí)應(yīng)與具體的地質(zhì)構(gòu)造相結(jié)合。

2）設(shè)計(jì)人員在對(duì)掘進(jìn)工作面支護(hù)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有考慮采動(dòng)影響、煤質(zhì)情況、頂板壓力、破碎斷層帶等因素，導(dǎo)致實(shí)際支護(hù)時(shí)支護(hù)效果達(dá)不到預(yù)計(jì)要求，對(duì)頂板的維護(hù)難度大[2-3]。

1.2 管理不到位

1）礦井管理人員未對(duì)頂板支護(hù)引起足夠的重視，當(dāng)掘進(jìn)工作面在推進(jìn)時(shí)頂板發(fā)生破碎、下沉、片幫及空頂時(shí)未能及時(shí)采取有效的支護(hù)措施，從而導(dǎo)致工作面發(fā)生頂板事故。

2）施工人員在對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)后，沒(méi)有按照管理制度規(guī)定對(duì)巷道的支護(hù)質(zhì)量及效果進(jìn)行檢查，尤其是炮掘工作面，爆破影響會(huì)造成多排支護(hù)設(shè)備失效，例如工作人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)將導(dǎo)致頂板冒落。

1.3 支護(hù)材料不合格

1）根據(jù)之前發(fā)生的頂板事故統(tǒng)計(jì)，支護(hù)材料不合格是造成頂板事故的原因之一，管理人員在引進(jìn)設(shè)備時(shí)沒(méi)有與巷道的實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造結(jié)合，導(dǎo)致后期支護(hù)材料的直徑與長(zhǎng)度都無(wú)法對(duì)頂板起到有效支護(hù)。

2）部分煤礦為了節(jié)約支護(hù)的費(fèi)用，在進(jìn)行選購(gòu)設(shè)備時(shí)未按照設(shè)計(jì)要求選擇相適應(yīng)的設(shè)備，部分企業(yè)甚至還選擇傳統(tǒng)的水泥背板及樹(shù)脂錨桿對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，由于這些支護(hù)設(shè)備的支護(hù)效果較差，當(dāng)工作面遇到地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的情況時(shí)，無(wú)法對(duì)頂板起到有效的懸吊作用[4-5]。

1.4 支護(hù)設(shè)備落后

1）對(duì)于采用炮掘的掘進(jìn)工作面鉆孔時(shí)主要采用風(fēng)動(dòng)錨索機(jī)，這就會(huì)造成鉆孔時(shí)由于人為判斷失誤而發(fā)生角度、深度與設(shè)計(jì)不符，從而導(dǎo)致支護(hù)效果差或支護(hù)后不合格的情況，此外在支護(hù)預(yù)緊時(shí)通常采用人體感覺(jué)，這也會(huì)導(dǎo)致支護(hù)的預(yù)緊力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

2）對(duì)于機(jī)械化掘進(jìn)工作面通常采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)對(duì)巷道頂板進(jìn)行支護(hù)，而這種支護(hù)方式無(wú)法對(duì)巷道空頂處進(jìn)行超前支護(hù)，且受現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)構(gòu)造影響較大。

2 優(yōu)化改進(jìn)措施

2.1 加強(qiáng)支護(hù)安全管理

1）通過(guò)培訓(xùn)來(lái)強(qiáng)化管理人員的技術(shù)水準(zhǔn)，并提高對(duì)頂板管理的認(rèn)識(shí)，明確細(xì)化各科室、分管領(lǐng)導(dǎo)的責(zé)任，為每個(gè)掘進(jìn)工作面配備相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)人才，建立健全相應(yīng)的規(guī)章制度。

2）巷道在設(shè)計(jì)之初派專人對(duì)巷道的地質(zhì)構(gòu)造及礦壓進(jìn)行勘察，全方位了解煤層的煤質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、礦壓、采空區(qū)、頂?shù)装鍘r性等參數(shù)，為后期頂板的支護(hù)提供相應(yīng)的技術(shù)資料。

3）通過(guò)采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)對(duì)頂板進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，并對(duì)支護(hù)后的設(shè)備進(jìn)行檢查，確保每根錨桿、錨索的預(yù)警力都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)對(duì)支護(hù)后頂?shù)装宓淖冃瘟窟M(jìn)行觀察，避免支護(hù)設(shè)備失效時(shí)未及時(shí)發(fā)現(xiàn)而引起頂板事故。通過(guò)具體的培訓(xùn)逐漸增強(qiáng)工作人員的頂板知識(shí)，增強(qiáng)員工的頂板意識(shí)。

2.2 選擇合理支護(hù)形式

1）可以采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、噴漿聯(lián)合支護(hù)的方式對(duì)平整的頂板進(jìn)行支護(hù)，通過(guò)聯(lián)合支護(hù)的方式能夠增強(qiáng)頂板的穩(wěn)定性，通過(guò)對(duì)頂板鉆孔噴漿來(lái)降低頂板的破碎程度。

2）將馬麗散與催化劑按照相同的比例混合后注入破碎頂板內(nèi)部，之后再施工撞楔超前支護(hù)，這樣能夠確保頂板在穩(wěn)定的前提下進(jìn)行永久支護(hù)，大大提高了頂板圍巖的穩(wěn)定性。

3）為了能夠在過(guò)斷層期間確保破碎頂板的支護(hù)效果，在對(duì)頂板破碎區(qū)域進(jìn)行永久支護(hù)后還需安裝工字鋼棚，以進(jìn)一步降低圍巖變形，還可以通過(guò)縮短支護(hù)的間距、排距及選擇適宜直徑與長(zhǎng)度的支護(hù)材料。

4）由于掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)會(huì)存在5 m 范圍內(nèi)的空地，如果頂板破碎嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成頂板大面積垮落，而懸臂式掘進(jìn)機(jī)又無(wú)法對(duì)空頂進(jìn)行超前支護(hù)，因此設(shè)計(jì)人員研制出一套絲杠式前探超前支護(hù)對(duì)頂板進(jìn)行有效的臨時(shí)支護(hù)，大大提高了破碎頂板的穩(wěn)定性，如圖1 所示。

2.3 更新掘進(jìn)支護(hù)設(shè)備

圖1 掘進(jìn)巷道絲杠式前探超前支護(hù)平、剖面示意圖

為了滿足現(xiàn)代化礦井的掘進(jìn)要求，必須適應(yīng)時(shí)代發(fā)展逐漸更新掘進(jìn)支護(hù)設(shè)備，并根據(jù)具體巷道的地質(zhì)構(gòu)造來(lái)科學(xué)合理地選擇與之相適應(yīng)的支護(hù)設(shè)備。目前國(guó)外已經(jīng)研制出智能監(jiān)測(cè)支護(hù)設(shè)備，該設(shè)備能夠全程跟蹤監(jiān)測(cè)支護(hù)施工各項(xiàng)工藝，及時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)錨桿、錨索的錨固力，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示大屏，工作人員可以通過(guò)觀察來(lái)及時(shí)矯正支護(hù)設(shè)備，全面提高巷道的支護(hù)效果。

3 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)春興煤礦通過(guò)技術(shù)研究后，針對(duì)煤礦巷道掘進(jìn)過(guò)程中支護(hù)主要存在的問(wèn)題，提出了相應(yīng)對(duì)策措施，通過(guò)在303 回風(fēng)順槽后期掘進(jìn)中的實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，采取措施后巷道在后期掘進(jìn)中支護(hù)失效現(xiàn)象明顯降低，失效率降低至3%以下，保證了巷道安全快速掘進(jìn)，取得了顯著應(yīng)用成效。