煤礦掘進(jìn)工作面支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

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［摘要］針對(duì)目前煤礦巷道支護(hù)存在操作不規(guī)范、效率差的問(wèn)題，對(duì)煤礦掘進(jìn)工作面的支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了研究?；谀壳懊旱V廣泛應(yīng)用的錨桿支護(hù)技術(shù)，對(duì)其工作機(jī)理進(jìn)行了分析，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)生產(chǎn)規(guī)范，對(duì)錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì)方案、施工工藝、注意事項(xiàng)以及安全監(jiān)測(cè)技術(shù)方案進(jìn)行了系統(tǒng)的分析總結(jié)。應(yīng)用實(shí)踐表明，該方案可實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦生產(chǎn)中巷道支護(hù)的規(guī)范指導(dǎo)，且具有操作效率高、詳細(xì)全面等優(yōu)勢(shì)，能夠有效保障煤礦巷道支護(hù)的安全可靠。

［關(guān)鍵詞］煤礦；巷道支護(hù)；錨桿；安全監(jiān)測(cè)

引言

煤炭是我國(guó)最主要的一次能源之一，我國(guó)煤礦生產(chǎn)的主要形式是地下開(kāi)采。近年來(lái)，隨著綜采技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦開(kāi)采深度以及開(kāi)采強(qiáng)度不斷提高，所面臨的開(kāi)采環(huán)境、地質(zhì)問(wèn)題也越來(lái)越復(fù)雜。在煤礦井下回采過(guò)程中需要挖掘大量的巷道，巷道的通暢以及圍巖的穩(wěn)定性關(guān)系著煤礦的生產(chǎn)穩(wěn)定及安全穩(wěn)定，為了保障煤礦生產(chǎn)穩(wěn)定安全，需要安全可靠的巷道支護(hù)技術(shù)。同時(shí)，隨著綜掘機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用，掘進(jìn)以及開(kāi)采工作的效率提高，也需要更為規(guī)范高效、安全可靠的支護(hù)技術(shù)［1-2］。為此，針對(duì)目前實(shí)際生產(chǎn)中存在的支護(hù)操作不規(guī)范、效率差的問(wèn)題，結(jié)合相關(guān)資料以及生產(chǎn)規(guī)定，對(duì)井下掘進(jìn)巷道的支護(hù)原理及技術(shù)進(jìn)行了研究，系統(tǒng)分析了錨桿支護(hù)技術(shù)的工藝，總結(jié)了錨桿支護(hù)的規(guī)范化設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)方案，提高了煤礦掘進(jìn)支護(hù)的效率以及可靠性，保障了煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)，為企業(yè)增加了經(jīng)濟(jì)效益［3-5］。

1支護(hù)技術(shù)介紹

煤礦巷道一般在礦井深處進(jìn)行挖掘，深度從幾十米到幾百米不等，工作環(huán)境相對(duì)復(fù)雜［6-7］，在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)容易發(fā)生變形，使巷道圍巖的壓力產(chǎn)生變化，引起頂板的垮落，因此需要對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)。煤礦巷道支護(hù)技術(shù)經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的發(fā)展，經(jīng)歷了從木支護(hù)、砌碹支護(hù)、型鋼支護(hù)到錨桿支護(hù)方式過(guò)程。錨桿支護(hù)是目前發(fā)展較為完備，應(yīng)用較廣的巷道支護(hù)技術(shù)。錨桿支護(hù)主要利用金屬、木材、聚合物或其他材料制造的桿柱，打入圍巖預(yù)先鉆好的孔中，其頭部及桿體依賴于錨固劑黏結(jié)作用將圍巖與穩(wěn)定巖體結(jié)合在一起，尾部通過(guò)托板與螺母進(jìn)行約束，通過(guò)錨桿改變圍巖本身的力學(xué)狀態(tài)，在巷道周圍形成一個(gè)整體而又穩(wěn)定的巖石帶，對(duì)圍巖產(chǎn)生加固作用。利用錨桿與圍巖共同作用，具有抗拉和抗剪效應(yīng)，能夠達(dá)到維護(hù)巷道穩(wěn)定的支護(hù)目的。錨桿支護(hù)具有成本低、快捷方便、適用范圍廣、穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢(shì)。錨桿支護(hù)由錨桿桿體、托板、螺母、錨固劑以及金屬網(wǎng)共同構(gòu)成。錨桿的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

2錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1錨桿支護(hù)機(jī)理

錨桿支護(hù)的作用機(jī)理主要包括錨桿的懸吊理論、擠壓加固拱理論以及組合梁理論等。錨桿的懸吊作用是利用錨桿將軟弱不穩(wěn)定的頂板或者破碎松動(dòng)的巖石吊掛在軟弱層或者松動(dòng)區(qū)之外的巷道堅(jiān)固穩(wěn)定層，確保頂板或者破碎巖石不至脫落甚至坍塌。錨桿的擠壓加固拱作用是指在掘進(jìn)巷道支護(hù)過(guò)程中，對(duì)錨桿進(jìn)行等間距布置并施加預(yù)應(yīng)力，錨桿之間會(huì)存在擠壓，形成壓縮區(qū)域。當(dāng)在拱形巷道中安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時(shí)，錨桿形成的圓椎壓縮體將交錯(cuò)重疊形成承壓拱，既可承受上方破碎巖石的載荷，又產(chǎn)生環(huán)向應(yīng)力，使圍巖受壓狀態(tài)從單軸或者雙軸變?yōu)槿S，改善了承壓拱應(yīng)力狀態(tài)。組合梁作用適用于層狀巖石，是指錨桿將層狀巖石連結(jié)緊固在一起，產(chǎn)生組合梁效應(yīng)，對(duì)巖層的離層和滑動(dòng)具有約束，同時(shí)提高巖層的抗彎能力。錨桿支護(hù)機(jī)理如圖2所示。

2.2錨桿支護(hù)方案設(shè)計(jì)

煤礦巷道錨桿支護(hù)在施工應(yīng)用前首先需要進(jìn)行支護(hù)方案的設(shè)計(jì)，利用工程類比法、理論計(jì)算法或者實(shí)測(cè)法，綜合考慮煤礦生產(chǎn)實(shí)際情況以及相關(guān)規(guī)范對(duì)各項(xiàng)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中，應(yīng)用較廣的工程類比法以及仿真分析都首先根據(jù)施工巷道圍巖物理力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征、地質(zhì)構(gòu)造等對(duì)巷道圍巖的狀況進(jìn)行分類，依據(jù)不同的圍巖選擇不同的基本支護(hù)形式。根據(jù)基本支護(hù)形式以及錨桿支護(hù)理論計(jì)算錨桿桿體直徑、長(zhǎng)度、間排距、設(shè)計(jì)錨固力、角度等主要支護(hù)參數(shù)，同時(shí)確定錨桿選用的材質(zhì)、型號(hào)。其次根據(jù)錨桿參數(shù)對(duì)錨固劑進(jìn)行選擇，確定其他搭配設(shè)備的參數(shù)。設(shè)計(jì)過(guò)程中依據(jù)初始設(shè)計(jì)、實(shí)施設(shè)計(jì)、礦壓觀測(cè)以及修改完善的設(shè)計(jì)流程，錨桿施工前需要進(jìn)行拉力測(cè)試，以保障錨桿設(shè)計(jì)方案的科學(xué)可靠，同時(shí)謹(jǐn)慎使用新材料以及新技術(shù)，確保支護(hù)設(shè)計(jì)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

3錨桿支護(hù)施工工藝

3.1錨桿支護(hù)施工過(guò)程

在錨桿支護(hù)施工過(guò)程中，首先根據(jù)施工設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工機(jī)具、人員配備以及施工工序安排，待掘進(jìn)以及臨時(shí)支護(hù)完成后，嚴(yán)格按照安全規(guī)范進(jìn)行敲幫問(wèn)頂，然后在掘進(jìn)巷道圍巖上進(jìn)行鉆孔，并按照設(shè)計(jì)方案確定鉆孔位置、鉆孔角度、鉆孔深度，確保鉆孔質(zhì)量，鉆孔完成后再完成錨桿的安裝。錨桿安裝首先要裝填樹(shù)脂錨固劑，然后再裝入錨桿桿體，利用錨桿鉆機(jī)帶動(dòng)桿體旋轉(zhuǎn)攪拌錨固劑到規(guī)定時(shí)間后等待固化，最后套上托板及螺母，擰緊螺母施加預(yù)緊力，完成錨桿的安裝工作。錨桿支護(hù)施工流程如圖3所示。

3.2錨桿支護(hù)施工注意事項(xiàng)

錨桿支護(hù)需要嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)范，按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行操作；按照間排距在設(shè)計(jì)位置進(jìn)行鉆孔，對(duì)打孔造成的孔內(nèi)積水、巖粉進(jìn)行清孔處理；在錨桿安裝過(guò)程中，需注意安裝角度合理并及時(shí)給錨桿施加預(yù)緊力；在錨固劑填充過(guò)程中需要填充密實(shí)，攪拌錨固劑過(guò)程需要持續(xù)且均勻，并按規(guī)定時(shí)間進(jìn)行攪拌。

4錨桿支護(hù)安全監(jiān)測(cè)

錨桿支護(hù)完成后，無(wú)論施工過(guò)程還是回采過(guò)程，都需進(jìn)行必要的安全監(jiān)測(cè)。安全監(jiān)測(cè)通過(guò)錨桿測(cè)力計(jì)、頂板離層儀、單片機(jī)以及聲光報(bào)警器共同完成。其中，利用布置在頂板錨桿尾部的錨桿測(cè)力計(jì)，對(duì)錨桿受力進(jìn)行的實(shí)時(shí)檢測(cè)，可直接顯示應(yīng)力參數(shù)，判斷錨桿的受力狀態(tài)；此外，利用頂板離層儀，檢測(cè)巷道頂板的位移，每隔100m布置一組檢測(cè)儀器，地質(zhì)復(fù)雜區(qū)域以及掘進(jìn)工作面還需增加布置數(shù)量；檢測(cè)儀器連接著單片機(jī)，并將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)，當(dāng)檢測(cè)到頂板壓力以及位移異常時(shí)，通過(guò)單片機(jī)程序判斷支護(hù)狀態(tài)異常，并控制聲光報(bào)警器發(fā)出警報(bào)，達(dá)到支護(hù)安全監(jiān)測(cè)的目的，確保安全生產(chǎn)。

5結(jié)語(yǔ)

針對(duì)巷道支護(hù)存在工作效率低以及規(guī)范性差的問(wèn)題，對(duì)巷道支護(hù)技術(shù)方案進(jìn)行了研究。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，對(duì)錨桿支護(hù)的工作原理進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上，總結(jié)設(shè)計(jì)了一套針對(duì)掘進(jìn)工作面的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)方案。該方案具有規(guī)范全面、安全可靠的優(yōu)勢(shì)，可大大提高巷道支護(hù)規(guī)范化水平，保障生產(chǎn)安全，同時(shí)減少工作量，提高煤礦生產(chǎn)效率。

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作者：王磊 單位：大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司