煤矿掘进支护应用探讨

郭世杰

摘 要:阐述了煤矿掘进支护的重要意义,分析了当前煤矿掘进支护发展现状,提出了煤矿掘进支护应用的对策措施,以提高煤矿安全生产水平。

关键词:煤矿掘进支护应用

中图分类号:TD353.6 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(c)-0071-01

1 引言

我国的煤矿生产多数是在地下进行,露天开采的数量极为有限,根据有关统计数据,我国大部分煤矿开采近八成以上均需要在地下进行,这种井工开采,井下作业,需要在地表以下开掘大量巷道,以实现采煤与运输的高效运行。由于地下矿井地质条件复杂、作业施工环境恶劣,搞好煤矿掘进支护,提高巷道畅通与围岩稳定水平,对提升煤矿安全生产质量与水平具有十分重要的现实意义。在这种背景之下,积极探索煤矿掘进支护的相关应用技术,提高煤矿掘进支护水平,对促进煤矿可持续发展意义重大。

2 煤矿掘进支护发展现状

随着煤矿开采强度与范围显著增加,巷道布置出现了以下发展方向:一是在巷道层位方面,永久性巷道从岩巷向煤巷发展,以提高掘进速度,缩短建井周期;放顶煤开采技术的广泛应用,使得回采巷道从岩石顶板煤巷向煤层顶板巷道和全煤巷道发展。二是在巷道断面形状与大小方面,拱形断面向矩形断面发展,以提高掘进速度与断面利用率,回采巷道有利于采煤工作面的快速推进;小断面向大断面发展,以满足大型采掘设备与高开采强度的要求。三是在回采巷道数量方面,单巷布置向多巷发展,以满足高瓦斯矿井及大型矿井运输、通风的要求。四是从巷道赋存条件方面,埋深从浅部向深部发展,简单地质条件向复杂地质条件发展。所有这些发展趋势都增加了巷道支护难度,对支护技术提出更高、更苛刻的要求。

煤矿巷道支护经历了木支护、砌碹支护、型钢支护到锚杆支护的漫长过程。我国煤矿于20世纪50年代开始在岩巷中使用锚杆支护,至今已有半个多世纪的历史。锚杆支护经历了从低强度、高强度到高预应力、强力支护的发展过程。早期的锚杆主要是机械锚固锚杆、钢丝绳砂浆锚杆、端部锚固树脂锚杆、快硬水泥锚杆及管缝式锚杆等。这些锚杆支护强度与刚度低,支护原理上仍属于被动支护,只适应于简单地质条件。对高强度锚杆支护技术是由澳大利亚引进的锚杆支护技术。近年来,为了解决深部及复杂困难巷道支护难题,又开发出高预应力、强力锚杆支护技术。不仅重视锚杆的强度,而且更重视支护系统的刚度,特别是锚杆预应力的重要性,真正实现了锚杆的主动、及时支护,充分发挥了锚杆的支护作用。

井下应用大幅度减少了巷道围岩变形与破坏,巷道支护与安全状况发生了本质改变。同时,实现了高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度的“三高一低”的现代锚杆支护设计理念,在保证支护效果的前提下,显著提高了巷道掘进速度与工效。目前,国有大中型煤矿的煤巷锚杆支护率达到六成以上,有些矿区超过了九成。我国煤矿已经形成了有中国特色的煤巷锚杆支护成套技术体系,锚杆支护已经成为煤矿巷道首选的、安全高效的主要支护方式。它深刻地改变了矿井的开拓部署与巷道布置方式,对我国高产高效矿井建设、煤炭产量与效益的大幅度提高及安全状况的改善起到不可替代的重要作用。

3煤矿掘进支护应用对策

3.1 吊环式前探梁应用

采用三根吊挂前探支架做为临时支护。前探梁采用11#矿用工字钢或π型钢制作,长度大于3.0m,用吊环固定。中间一根沿巷道中线布置,两侧前探梁距中间一根1.0m,每根前探梁不少于2个固定点。前探梁到迎头的端面距不得大于0.3m。前探梁上方使用专用方木、构木、木契等,超前支护距两帮端面距不超过0.3m。吊环的强度要与前探梁的强度相匹配。上吊环的锚杆必须留有40～100mm的丝扣,以保证吊环的牢固。吊环必须全部上入锚杆,要求上紧上牢上满丝;在前探梁临时支护掩护下,再进行其他工作。架设前要先进行敲帮问顶,清理浮矸活石,然后前移前探梁。

3.2 吊链时前探梁应用

采用三根吊挂前探梁做为临时支护。前探梁采用π型钢制作,长度大于3.5m,用吊环固定。中间一根沿巷道中线布置,两侧前探梁距中间一根1.0-1.2m,每根前探梁不少于2个固定点。前探梁到迎头的端面距不得大于0.3m。超前支护距两帮不超过0.3m。架设前要先进行敲帮问顶,清理浮矸活石,然后前移前探梁。一切工作必须在完好的永久支护或临时支护下进行,严禁空顶作业。迎头10m范围内的棚必须使用联棚器进行连锁加固,每架棚使用两个联棚器,联棚器使在距离底板1m处,施工中,遇特殊情况使不上联棚器时,必须用铁镢子进行防倒加固。

3.3 单体柱配π型钢前探梁应用

前探梁采用π型钢制作,长度大于3.5m,用外注式单体液压支柱支设(一梁三柱)。每两条前探梁间距1.0m,每根前探梁不少于3个单体液压支柱。前探梁到迎头的端面距不得大于0.3m。前探梁上方使用专用方木(规格160×120×3200mm)、穿杆、木楔等,超前支护距两帮端面距不超过0.3m。架设前要先进行敲帮问顶,清理浮矸活石,然后前移前探梁。

3.4 单体液压支柱配铰接顶梁支护应用

支护采用单体液压支柱配选用HDJA—1200型金属铰接顶梁,柱距1.2m、排距0.9-1.2m、距帮不大于0.6m,柱子打在顶梁的中部。每次放炮后立即挂上顶梁插上水平销,在顶梁的掩护下,铺上钢筋网,打上水平楔,然后在顶梁下支设单体液压支柱。铺网要求:网要紧贴岩面,搭接0.2m,每隔0.2m用11#铁丝扭结。单体支护支设要求:所有基本柱的初撑力不低于90kN,每班对单体液压支柱巡查管理,发现漏液、卸载的单体液压支柱及时进行更换,确保支柱全承载支护。单体液压支柱和金属铰接顶梁,沿巷道支设成三排,一梁一柱支设,柱子支设在梁的中间,顶板破碎地段每两排顶梁之间间隔200～400mm穿小木棍、板批防止漏顶,要增加穿杆数量,穿杆要铰接使用。

3.5 混凝土永久支护应用

煤矿永久支护是在巷道的服务年限内,为维护巷道围岩稳定而进行的支护。通常包括混凝土支护、料石碹支护、锚网喷支护等。喷射混凝土施工设备的布置,要以施工安全、高效操作为前提,科学选取施工距离。锚杆喷射混凝土支护施工要根据锚杆的型号科学组织。在掘进后,先安装临时锚杆,继而喷薄层混凝土,再进行复喷达到设计规定的喷层厚度,顶板情况良好时,喷一薄层混凝土,再安装锚杆,再进行复喷,达到设计规定的喷层厚度。锚网喷射混凝土施工,对于破碎软岩断层带需增加金属网一层或两层,增大其强度,起到钢筋混凝土的作用,钢筋网铺设在使用前清除污锈。钢筋网喷射混凝土作业时,应先埋设好喷厚的标钉,以控制喷层厚度。喷射时,适当缩小喷头与受喷面间的距离,调节喷射角度,确保钢筋和围岩表面混凝土的密实性,确保施工平整、安全。

参考文献

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[3] 杨智英,杨小强.薄基岩浅埋煤层掘进中支护工艺探索[J].内蒙古煤炭经济,2012(1).