煤礦掘進工作面支護技術(shù)應用

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［摘要］針對目前煤礦巷道支護存在操作不規(guī)范、效率差的問題，對煤礦掘進工作面的支護技術(shù)進行了研究?；谀壳懊旱V廣泛應用的錨桿支護技術(shù)，對其工作機理進行了分析，結(jié)合實際工作經(jīng)驗以及相關(guān)生產(chǎn)規(guī)范，對錨桿支護的設(shè)計方案、施工工藝、注意事項以及安全監(jiān)測技術(shù)方案進行了系統(tǒng)的分析總結(jié)。應用實踐表明，該方案可實現(xiàn)對煤礦生產(chǎn)中巷道支護的規(guī)范指導，且具有操作效率高、詳細全面等優(yōu)勢，能夠有效保障煤礦巷道支護的安全可靠。

［關(guān)鍵詞］煤礦；巷道支護；錨桿；安全監(jiān)測

引言

煤炭是我國最主要的一次能源之一，我國煤礦生產(chǎn)的主要形式是地下開采。近年來，隨著綜采技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦開采深度以及開采強度不斷提高，所面臨的開采環(huán)境、地質(zhì)問題也越來越復雜。在煤礦井下回采過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技術(shù)。同時，隨著綜掘機的發(fā)展與應用，掘進以及開采工作的效率提高，也需要更為規(guī)范高效、安全可靠的支護技術(shù)［1-2］。為此，針對目前實際生產(chǎn)中存在的支護操作不規(guī)范、效率差的問題，結(jié)合相關(guān)資料以及生產(chǎn)規(guī)定，對井下掘進巷道的支護原理及技術(shù)進行了研究，系統(tǒng)分析了錨桿支護技術(shù)的工藝，總結(jié)了錨桿支護的規(guī)范化設(shè)計、施工、監(jiān)測方案，提高了煤礦掘進支護的效率以及可靠性，保障了煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)，為企業(yè)增加了經(jīng)濟效益［3-5］。

1支護技術(shù)介紹

煤礦巷道一般在礦井深處進行挖掘，深度從幾十米到幾百米不等，工作環(huán)境相對復雜［6-7］，在巷道掘進過程中，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，因此需要對巷道進行支護。煤礦巷道支護技術(shù)經(jīng)過漫長的發(fā)展，經(jīng)歷了從木支護、砌碹支護、型鋼支護到錨桿支護方式過程。錨桿支護是目前發(fā)展較為完備，應用較廣的巷道支護技術(shù)。錨桿支護主要利用金屬、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，尾部通過托板與螺母進行約束，通過錨桿改變圍巖本身的力學狀態(tài)，在巷道周圍形成一個整體而又穩(wěn)定的巖石帶，對圍巖產(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，能夠達到維護巷道穩(wěn)定的支護目的。錨桿支護具有成本低、快捷方便、適用范圍廣、穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢。錨桿支護由錨桿桿體、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錨桿支護設(shè)計

2.1錨桿支護機理

錨桿支護的作用機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的巖石吊掛在軟弱層或者松動區(qū)之外的巷道堅固穩(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巷道支護過程中，對錨桿進行等間距布置并施加預應力，錨桿之間會存在擠壓，形成壓縮區(qū)域。當在拱形巷道中安裝預應力錨桿時，錨桿形成的圓椎壓縮體將交錯重疊形成承壓拱，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，對巖層的離層和滑動具有約束，同時提高巖層的抗彎能力。錨桿支護機理如圖2所示。

2.2錨桿支護方案設(shè)計

煤礦巷道錨桿支護在施工應用前首先需要進行支護方案的設(shè)計，利用工程類比法、理論計算法或者實測法，綜合考慮煤礦生產(chǎn)實際情況以及相關(guān)規(guī)范對各項支護參數(shù)進行設(shè)計。其中，應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性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征、地質(zhì)構(gòu)造等對巷道圍巖的狀況進行分類，依據(jù)不同的圍巖選擇不同的基本支護形式。根據(jù)基本支護形式以及錨桿支護理論計算錨桿桿體直徑、長度、間排距、設(shè)計錨固力、角度等主要支護參數(shù)，同時確定錨桿選用的材質(zhì)、型號。其次根據(jù)錨桿參數(shù)對錨固劑進行選擇，確定其他搭配設(shè)備的參數(shù)。設(shè)計過程中依據(jù)初始設(shè)計、實施設(shè)計、礦壓觀測以及修改完善的設(shè)計流程，錨桿施工前需要進行拉力測試，以保障錨桿設(shè)計方案的科學可靠，同時謹慎使用新材料以及新技術(shù)，確保支護設(shè)計安全可靠、經(jīng)濟合理。

3錨桿支護施工工藝

3.1錨桿支護施工過程

在錨桿支護施工過程中，首先根據(jù)施工設(shè)計方案進行施工機具、人員配備以及施工工序安排，待掘進以及臨時支護完成后，嚴格按照安全規(guī)范進行敲幫問頂，然后在掘進巷道圍巖上進行鉆孔，并按照設(shè)計方案確定鉆孔位置、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脂錨固劑，然后再裝入錨桿桿體，利用錨桿鉆機帶動桿體旋轉(zhuǎn)攪拌錨固劑到規(guī)定時間后等待固化，最后套上托板及螺母，擰緊螺母施加預緊力，完成錨桿的安裝工作。錨桿支護施工流程如圖3所示。

3.2錨桿支護施工注意事項

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

4錨桿支護安全監(jiān)測

錨桿支護完成后，無論施工過程還是回采過程，都需進行必要的安全監(jiān)測。安全監(jiān)測通過錨桿測力計、頂板離層儀、單片機以及聲光報警器共同完成。其中，利用布置在頂板錨桿尾部的錨桿測力計，對錨桿受力進行的實時檢測，可直接顯示應力參數(shù)，判斷錨桿的受力狀態(tài)；此外，利用頂板離層儀，檢測巷道頂板的位移，每隔100m布置一組檢測儀器，地質(zhì)復雜區(qū)域以及掘進工作面還需增加布置數(shù)量；檢測儀器連接著單片機，并將檢測到的數(shù)據(jù)傳輸給單片機，當檢測到頂板壓力以及位移異常時，通過單片機程序判斷支護狀態(tài)異常，并控制聲光報警器發(fā)出警報，達到支護安全監(jiān)測的目的，確保安全生產(chǎn)。

5結(jié)語

針對巷道支護存在工作效率低以及規(guī)范性差的問題，對巷道支護技術(shù)方案進行了研究。結(jié)合生產(chǎn)實際情況，對錨桿支護的工作原理進行了分析，在此基礎(chǔ)上，總結(jié)設(shè)計了一套針對掘進工作面的錨桿支護設(shè)計、施工、監(jiān)測方案。該方案具有規(guī)范全面、安全可靠的優(yōu)勢，可大大提高巷道支護規(guī)范化水平，保障生產(chǎn)安全，同時減少工作量，提高煤礦生產(chǎn)效率。

［參考文獻］

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［6］梁愛國.煤礦掘進工作面頂板支護管理技術(shù)［J］.石化技術(shù)，2019，26（8）:278-279.

［7］謝曉銘.近距離煤層掘進工作面過采空區(qū)支護技術(shù)研究［J］.內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2019（9）:38.

作者：王磊 單位：大同煤礦集團有限責任公司