采煤掘进过程中高强支护技术的应用

党永变

(山西焦煤集团有限责任公司 屯兰矿, 山西 古交 030299)

煤炭资源是我国能源发展的重要组成部分,但是煤炭采掘中存在着一系列的安全风险。特别是在采煤掘进过程中,因为地质条件的复杂性和煤层厚度的变化等因素的影响,通常需要进行高强度支护。对于煤炭企业来说,如何保证采煤掘进过程中的安全生产,提高采煤效率是需要解决的难题。因此,通过研究高强支护技术在采煤掘进过程中的应用,为煤炭企业提供可行性建议,实现采煤掘进过程的安全、高效。

1 高强支护技术原理

煤炭采掘过程中,掘进工作是最容易发生事故的环节之一。掘进工作主要包括钻孔、爆破、支护等环节[1]. 其中,支护是确保掘进过程中出现地质变形或者崩塌时保障工作人员生命安全的重要措施。高强支护技术的基本原理是采用高强度的锚杆及钢网组合做支护材料,通过加固、限制煤层位移,以避免煤层塌陷或地质变形等安全隐患的发生。

高强支护技术能够应对各种复杂的地质环境和采煤条件,并且具有支护效果可靠、施工快捷、资源消耗少等优点。1) 高强支护技术将锚杆及钢丝网牢固地固定和嵌入到岩石和煤层的壁面上起到支撑和加固的作用。与传统支护方法相比,高强度的钢材和可靠的固定方式能够更好地承受来自地质环境的压力,确保支护效果符合设计要求。2) 高强支护技术还可以对需要支护的煤层进行分类管理。钻孔机器将孔钻入到煤层中,钢筋框架最后套在煤层外围,然后注入混凝土使其灌满孔洞。这种方法常常被用于支护坚硬岩石和大尺度的煤层,以确保其不会发生塌陷。3) 高强支护技术还可以根据采掘过程中的需要,根据不同采煤方法、不同煤层性质等多种因素定制和调整支护方案,从而实现更好的支护效果。同时,为了确保锚杆和钢丝网能够牢固地嵌入煤层壁面,可以精细化设计支护方式,使支护更加坚固。

2 高强支护种类

煤矿掘进过程中高强支护的类型有很多,常见的有吊环式前探梁、吊链式前探梁、单体柱配π型钢前探梁、单体液压支柱配铰接顶梁等。

2.1 吊环式前探梁

吊环式前探梁由11#矿用工字钢或型钢制成,长度大于3.0 m,固定在两根吊挂前探支架上,吊环固定,然后在中间沿巷道中线布置,两侧各有前探梁距中间一根1.0 m,并且每根前探梁要使用不少于2个固定点进行固定。前探梁与迎头端面的距离不得大于0.3 m,超前支护距两帮端面距离也不得超过0.3 m.此外,吊环的强度必须与前探梁的强度相匹配,上吊环的锚杆留有40～100 mm的丝扣,以确保吊环的牢固性。吊环式前探梁以牢固、稳定、操作简便的特点被广泛应用于高强支护施工中[2]. 在实际应用过程中,应注重制作质量和精度,正确操作,以保证支护质量和效果。

2.2 吊链式前探梁

吊链式前探梁由型钢制成,长度大于3.5 m,使用两根吊挂前探支架固定,中间一根沿着巷道中心线布置,两侧前探梁距中间一根的距离为1.0～1.2 m,并且每根前探梁至少使用2个固定点进行固定。前探梁到迎头端面的距离不得超过0.3 m.在架设前,需要先进行敲帮问顶,清理浮岩活石,然后再移动前探梁。所有的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。吊链式前探梁是一种高效、安装方便的支护设备,有着结构简单、操作简单等特点,可以有效提高支护质量和效率。在使用前,必须对井壁进行检查,确保安全,避免意外事故发生。

2.3 单体柱配π型钢前探梁

单体柱配π型钢前探梁由型钢制成,长度大于3.5 m,使用外注式单体液压支柱支撑(梁三柱)固定。每两条前探梁之间距离为1.0 m,每根前探梁至少需要使用3个单体液压支柱进行固定。前探梁到迎头的端面距离不得超过0.3 m. 在前探梁上方,需要使用专用方木(规格为长160 mm×宽120 mm×高3 200 mm)、穿杆、木楔等辅助支护设备,超前支护距离两侧帮顶的端面距离不能超过0.3 m.在架设前,需要先进行敲帮问顶、清理浮岩和活石,然后再将前探梁移动到指定位置。单体柱配 π型钢前探梁具有结构简单、架设方便、使用灵活等特点,能够有效提高支护质量和效率。

2.4 单体液压支柱配铰接顶梁

单体液压支柱配铰接顶梁支护使用单体液压支柱作为支撑,选用HDJA—1200型金属铰接顶梁进行支护,柱距为1.2 m,排距为0.9～1.2 m,距帮不大于0.6 m,柱子打在顶梁中部。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并打上水平楔,最后在顶梁下方支设单体液压支柱。在单体支护的施工过程中,需要注意以下事项:所有基础柱的初撑力不低于90 kN;每班对单体液压支柱进行巡查管理,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。

3 应用注意问题

3.1 应用前需要注意问题

在采煤掘进过程需要根据具体情况选择适合的高强支护技术。不同地质条件、掘进方式和煤层结构等因素会对高强支护技术产生影响,因此,在采煤前需要针对这些因素进行综合考虑,选择最适合的技术,以达到最理想的支护效果。其次,高强支护技术的材料和质量也需要引起重视。材料的性能与质量将影响支护的效果及维护成本。采取优质的支护材料并确保施工质量,尤其是在处理强度较低的岩石时,严格按照水平台面定位曲线施工,可有效减少煤矿灾难事故的发生。

3.2 应用中需要注意问题

1) 选用合适的支护体系。

高强度支护可以采用多种支护体系,如约束式混凝土拱架、齿形钢撑杆与压实加密填矿等。在选择支护体系时,应根据地质条件、煤层构造等因素选择合适的方式。对于具有强变形性、脆性差的硬岩地层,应采用约束式混凝土拱架等较刚性的支护体系;对于具有较强塑性的软岩地层,应采用齿形钢撑杆与压实加密填矿等较柔性的支护体系。

2) 选择合适的施工方案。

高强支护的施工方案要根据煤层的结构情况、岩性及地应力状态,煤层开采方式及封闭条件等因素进行设计,合理确定支柱的密度、根数、长度及固结方式等参数,施工时除了需要制定合理的施工方案外,还要根据实际情况调整支撑点的位置和间距,减少支架变形,提高支撑效果,以达到最理想的支护效果。

3) 选用先进的技术装备。

支柱材质应选择适宜的钢管或钢板,并考虑加强坚固性,以保证支撑效果。此外,作为一个重要的施工专用设备,钻机的选用也应该谨慎。应优先选择钻速高、操作简单、振动小、噪音低、易于维护的机型。在施工过程中采用先进的测量技术和装备,对支架状态及变形情况进行精确测量和记录,保证支撑的质量和稳定性,并为后续工作提供可靠数据。

4) 加强施工队伍管理。

高强支护施工队伍也是高强支护成功的关键因素之一。施工队伍应有必要的技术水平,熟悉支护设备及各种支护材料的特性,并掌握专业知识,以便能更好地应对现场问题。此外施工队员还需要完善工作计划,严格按照工作程序进行支护施工,保证质量和安全。同时,还需加强工作人员的安全意识,并配备足够的安全设备,使工作人员安全可靠地完成支护施工任务。

4 结 语

高强支护技术在采煤掘进过程中的应用是为了保障工人的人身安全,提高煤矿生产效率和质量。通过对该技术的研究,可以更好地了解其工作原理和施工方法,从而更加科学地设计和实施煤矿支护工程,提高煤矿支护的质量和效率,减少事故的发生。高强支护技术在采煤掘进中的应用是一项重要的技术手段,对于推动煤矿现代化建设,提升煤炭行业的发展水平具有重要意义。