煤矿井下巷道掘进顶板支护技术研究

2021-04-15郭素广

卷宗 2021年22期

郭素广

（河南亨吉茂建设工程有限公司，河南安阳 456400）

1 煤矿井下巷道支护主要形式

通过分析井下巷道掘进支护形式可以看出，应当根据企业不同要求做出选择，涉及预留柱支护、可缩性支架与矿用支护型钢等。不管应用哪种支护方式，都应当具备应用优势与范围。因此，煤矿人员在开展施工时，必须对井下实际作业情况进行分析，合理选择支护技术。

1）矿用支护型钢。在巷道掘进顶板支护操作时，需要选择工字钢、LT型钢等支护型钢，不管应用哪种支护型钢，都应当考虑到韧性、抗拉性能与抗压性能。由于巷道支架会承受横向荷载，还需要承受纵向推动力，因此要在纵向、横向方位上保证支架满足负荷承载要求。此外，在使用矿用支护型钢时，必须对支架可缩性进行分析。因此，矿用支护型钢所应用的几何形状，首先应当确保锁紧和滑移操作时具备较高的平稳性，还可以将支护型钢接触面进行扩大处理。

2）可缩性支架。可缩性支架是金属支架的一种形式，具备较强的荷载承受能力，在收缩过程中可以反映出不同的荷载能力。对荷载能力造成影响的因素非常多，如连接件运行状态、支架整体结构状态等。应用可缩性支架时，可以承受最大限度的作用力，属于支架的极限承受力。支架具备的极限承载力值，需要通过支架塑性变形进行衡量判断。一般来说，实际承载力、极限承载力的差异较大，通过观察差异大小，能够掌握可缩性支架的状态，以此判断差异值。当差异值越小时，可缩性支架的状态就越好。从上述分析能够看出，可缩性支架的最佳状态在于实际荷载能力和极限荷载能力差值比较小，基本可以达到相同状态。

3）预留柱支护。与上述支护技术相比，预留柱支护方式属于煤矿作业常用支护方式，被广泛应用在井下开采作业中。对于预留柱支护形式来说，主要是在上区段、下区段预留宽度，保证回风平巷可以不处于支撑压力的峰值区，加强巷道顶板支护效果。虽然预留柱支护技术简单，然而对于支护要求非常高。由于预留柱支护方式的应用成本比较高，且后期维护难度大，因此逐渐被可缩性支架、矿用支护型钢代替，但是并非完全否定预留柱支护的应用作用。

2 煤矿井下巷道掘进顶板支护的影响因素

1）施工工艺因素。把控施工工艺，也可以保证煤矿井下巷道掘进技术得到有效地提高，当前，我们国家开展巷道掘进技术的过程中，对钻爆掘进这种方式的使用最广泛，大范围对该种技术应用，会有较高的效率，能够进一步提升巷道掘进的速度。另一方面，如果不能对相关的施工工艺进行合理的应用，就可能会在很大程度上影响巷道支护顶板的稳定性，甚至还可能巷道还会出现塌方的现象，威胁、影响巷道掘进顶板支护施工工作人员的生命财产安全，还会对煤矿企业的经济效益造成影响。在对这种工艺进行应用的过程中，还需要特别注意，以下两个方面：首先在实施钻爆之前，需要先对火药装填的数量进行准确计算，这些都会影响爆破的效果。除此之外，还需要准确地定位实施爆破的位置。

2）煤矿井下巷道施工环境。开展顶板支护施工工作，开展的地点一般都为井下，包括安装巷道顶板装置，也同样是在井下进行，如果巷道施工环境不佳，很容易对顶板支护的效果造成影响，很不利于顶板支护工作的安全性、稳定性。对于不同地区的井下巷道情况存在差异。另一方面，一些井下环境相对较好的地方来讲，巷道本身就符合相关需求和标准，此时，工作人员可以通过结合实际的施工状况，适当降低巷道内部支架数量，从而保证对井下巷道空间节省的基础上，还能够对煤矿开采的效率、煤矿开采的质量提升，对煤矿开采的成本有效降低，对相应煤矿企业的经济效益有效提升。

3 煤矿井下巷道掘进顶板支护措施

1）加强巷道支架强度。在初次开展井下巷道掘进作业时，巷道极易出现变形和位移问题，所以作业人员应当考虑到支护结构的柔性与刚性，以此避免巷道出现变形与位移问题，还可以维护巷道空间的完整性，避免出现大规模返修问题。此外，作业人员还应当加强巷道支架的强度，确保围岩具备充足的变形空间。同时关注围岩释压处理，全面提升顶板支护技术的应用效果。

2）做好掘进施工技术准备。第一，结合巷道围岩力学性质、井下地质构造信息，合理选择支护方式。注重重点工作区域的处理，例如掘进工作面的安全处理，选择最佳安全技术，全面维护作业区域的安全与稳定。第二，注重优化和完善巷道掘进顶板支护的施工设施，保证施工设计不存在误差与错误问题。明确和完善顶板支护材料的数量、尺寸及支护方式。做好掘进人员的技术交底处理，确保其满足技术标准和施工规范，全面提升巷道掘进施工处理的安全性。第三，推广应用新技术和新工艺。现阶段，采煤技术朝着智能化、机械化与自动化方向发展，因此在未来发展中，将会凸显出采煤技术的密集性特点。煤矿在现代化发展过程中，必须深入分析巷道支护技术的发展现状，同时联合未来发展趋势，合理引入新技术和新工艺，逐渐扩大综合掘进系统的应用频率与规模。当掘进巷道存在大面积断层时，作业人员可以应用连续掘进技术，以此确保巷道掘进施工的有效性，同时可以降低顶板支护铺设和巷道掘进难度。在多巷道开展快速掘进施工，以及在矩形断面双巷道开展掘进施工时，也可以应用连续掘进技术，通过快速掘进技术开展巷道掘进施工，在回风巷道通过锚杆钻车开展锚杆支护处理，两者可以满足连续交叉作业要求。

3）加强巷道顶板承载性能。第一，综合分析井下矿压相关数据资料，深入分析围岩性质与地质构造，确保支护技术满足巷道作业现场需求。对于重点施工作业区域来说，例如工作面掘进区、冒顶处理区，首先应当执行科学合理的技术方案，之后全面按照方案内容实施。第二，优化设计巷道掘进顶板支护，完善支护方式、临时支护形式与材料尺寸，对掘进作业规程进行合理化控制。

4）加大设备投入力度，优化完善掘进工艺。第一，当巷道基础条件佳、地质构造简单时，可以应用综合化掘进施工技术，确保技术所用设备具备较强的破岩能力，整体结构简单，中心位置低。在应用此种掘进作业方式时，需要综合应用供电设备设施、锚杆钻机与悬臂式掘进设备，且不同设备机械均具备较强生产力，能够满足地质条件要求。在应用掘进施工操作方法时，可以应用液压马达，以此提供驱动力。将自动加油装置安装在液压系统上，以此保证系统运行的可靠性与安全性。针对基于PLC的天气系统控制技术，也可以增设工况检测和故障诊断功能。第二，针对设备投入而言，在掘进顶板支护作业中，可以应用可收缩性支架，例如锚网和锚索等，以此确保支护处理效果，应用机械化操作方式进行操作。同时，在小断面操作时，需要应用到凿岩台车设备，全面加强施工操作的自动化能力。在大断面施工作业时，应当采用TBM掘进机、综掘机、盾构机等设备，不仅能够改善施工作业质量，还能够加快施工速度，实现一次成巷效果。