解析采矿工程巷道掘进和支护应用

2020-02-20张余庆

山西化工 2020年3期

关键词：顶梁掘进机瓦斯

张余庆

(山西阳城阳泰集团晶鑫煤业股份有限公司，山西晋城 048100)

在采矿中，掘进、支护每个流程间的相互配合，可降低采矿中安全事故的发生率，提高矿山生产效率。巷道施工在采矿中所占比例较大，在装备技术快速发展的今天，为维护巷道施工安全，掌握掘进和支护技术的要点是非常必要的。

1 常见的采矿掘进方式

1.1 机械化掘进

机械化掘进是一个综合且复杂的环节，其是由很多机械设备共同运作来实现的，如悬臂式掘进机、运输机、钻机、通风设备、电力设备等。其中以悬臂式掘进机最为重要，其工作效率的高低，将直接决定掘进作业效果的好坏。现阶段该设备技术能够满足采矿掘进作业的要求[1]。

1.2 抛锚一体化掘进

抛锚一体化掘进是在锚杆支护技术的基础上发展的一种新型掘进方式，其将掘进与支护两者有效结合起来，可以在缩短掘进作业时间的基础上，确保掘进工作的安全，防止巷道施工中危险的发生。

2 巷道掘进施工要点

2.1 做好瓦斯排放工作

巷道掘进施工中除要注重施工效率外，安全也是重要内容。在巷道掘进施工中，瓦斯是最常出现的气体，工作人员需做好瓦斯排放工作，减少瓦斯的过多堆积，避免安全事故的发生。在瓦斯排放中，首先要确保通风系统设置的科学性，使瓦斯气体能够及时有效的排放出去，降低巷道内瓦斯的堆积量；其次要求工作人员及时对瓦斯含量实行检测，保证浓度参数在规定的标准范围内，一旦出现问题，要及时采取措施加以解决。

2.2 通风防尘

通风防尘与瓦斯排放的目的是一致的，都是为改善巷道掘进施工环境，减少有害气体对人体的危害。在巷道掘进施工中，如果防尘工作不到位，施工人员在长时间较为恶劣的环境下工作，其身体机能会受到严重损害，这不仅会降低工作质量，还会因为身体原因而导致工作失误的增多，增加巷道掘进施工的危险性[2]。在通风防尘中，需要注意的重点内容有：一方面要对巷道内的风压及风量实行分析和掌握，合理选择风机，控制风机使用量。另一方面在设备作业前，需对其性能进行测试，从而确保其满足通风防尘要求。

2.3 明确技术要点

工作人员应严格对自身的要求，要在了解现有掘进技术的基础上，掌握更多先进技术要点，且根据工程实际要求，增大先进技术的利用率，参照现场环境进行科学分析，注重掘进技术使用的科学性、合理性。

3 巷道支护技术

3.1 临时性支护技术

临时支护是在巷道需要临时支撑时，利用一些材料和设备增大巷道承载力的一种方式，其对支撑材料、应力划分有着明确要求，在实际施工作业中，应加大重视。如巷道掘进中，某掘进面出现落煤现象，则工作人员可根据现场实际情况设置临时支护，如可利用吊环实现后侧锚杆与前探梁的连接，设置护顶网，之后再使用锚杆支护来增大支撑力，以降低落煤对施工作业的影响，保障作业安全。

3.2 永久性支护

永久性支护方式可分为三种，锚杆支护、钢筋混凝土支护和混凝土支护[3]。下文就将对这三种方式再实际应用中的注意事项予以说明。

3.2.1 锚杆支护技术

一是工作人员需要详细计算锚杆的抗拉和抗剪作用力，优化锚杆性能；二是结合现场实际情况确定锚杆各项参数的准确性，避免支护变形等问题的产生；三是做好检测工作，及时修正锚杆支护设计中的问题。

3.2.2 钢筋混凝土支护技术

钢筋混凝土支护技术可增大支护强度，降低支护成本，不过由于钢筋混凝土结构的抗伸缩能力不足，所以在实际作业中，很容易引发质量问题。这就要求工作人员在设计过程中，对支护结构间距及固定点位置予以科学计算，确保支护结构的完整性和稳定性，强化加固效果。

3.2.3 混凝土支护技术

首先，增强混凝土配设设备配置的合理性，为支护合理性提供保障。其次严格按照设计要求开展支护施工作业，注重构件安装的科学性，做好细节处理。最后，增大金属网的强度，提升支护等级。

4 实际案例

以某矿区辅助轨道巷的布置为例，巷道开口为主标高，约在-640 m左右，煤层平均倾斜角度为17°，巷道长度约在257 m。整个巷道断面以梯形结构为主，部分地段存在复合顶板结构，厚度约在0.5 m～1 m。巷道以泥岩结构为主，上部砂质泥岩间夹煤线，顶板易出现垮落问题。

4.1 掘进与支护难度

在掘进中，本项目原设计采用综掘机割煤的方式进行，采用循环进刀方式施工，循环进尺需在1 600 mm左右，不过结合现场实际情况来看，采用这种方式时，因掘进时压力的不断增大，顶板岩层很容易出现垮落，造成岩层脱落，不利于巷道的形成。在临时支护作业中，如果采用轻型单体液压支柱，则很容易因顶板松软破碎的影响，导致掘进作业中周围岩体出现较大变动，降低临时支护力，增大危险系数[4]。

在永久支护中，由于顶板以泥岩结构为主，稳定性较低、厚度较大，很容易在永久支护还未结束时，就出现顶板脱落和顶板离层等问题，两帮移近量相对较大，底鼓问题严重，这不仅增加了永久支护难度，还造成了较大的成本损失。鉴于此，本项目在掘进和支护中，采用短掘短支+掘进机超前支护+优化支护设计的设计方案。

4.2 掘进与支护施工方案

4.2.1 掘进施工

在巷道掘进施工中，选用了EBZ-132型掘进机以短掘短支的施工方式开展施工作业，将原来的循环进尺从1 600 mm降到800 mm。在切割过程中，保证左右帮预留出200 mm左右的煤层厚度，以免破坏顶板结构质量，导致顶板破碎、离层、锚定等问题的产生。另外，在施工阶段，要利用人工风镐提高巷道成形率。掘进作业流程为：前期准备→瓦斯检查→掘进机安装、运输-退机、截割头、铲板居中落地→敲帮问顶→临时支护→永久支护。

4.2.2 临时支护

针对存在的顶板垮落及片帮问题，工作人员应借助掘进机记载超前支护，对原有支护方案实行优化和调整，具体内容为：首先，在综掘机切割部位设定主架和顶梁架，利用液压传动手柄对其实行控制。在顶梁架上对钢带及网片的间距予以调整，并利用支护装置自带的磁铁装置完成固定。在实际操作中，推动临时支护装置主架和顶梁架液压控制手柄，主架和顶梁架由拆合状态慢慢平稳打开，根据顶板前后、左右倾斜角度，展开到所需要的角度和位置，最后升主架[5]。

其次，支护主架在上升区间内，需要对主架与顶梁架的液压控制手柄进行调整，确保顶梁架中心线与巷道中心线重合，加强钢带与网片与顶板的连接效果。最后再施工顶板锚杆，打注顶板锚杆后，先将主架下降到最低位置，再折合主架和顶梁架，合到顶梁架横在掘进机上为止，将操作阀打到掘进机位置，使掘进机正常工作，之后再开展下一循环掘进。

4.2.3 锚网索耦合支护

工作人员要先了解顶板与帮补破坏情况，计算得出准确数值，选择科学合理的支护方式。在参数计算中，可利用弹塑性计算方法确定顶板与帮补的破坏深度。本项目中，帮补的破坏单位在1.34 m左右，顶板的破坏范围在2.1 m左右。巷道内最大塑性圈半径约2.2 m，顶部松动圈范围约1.08 m。另外，结合现场实际情况，将锚杆的初步长度设定在2 200 mm左右，为增强其稳固性，对挤压加固带的厚度也实行了计算，确定其在550 mm～680 mm。且需要在应力集中关键部位施加锚索加强支护，以增大围堰强度。

综合上述参数数据，选用锚网带联合支护、锚网索加强支护的方式，使用的材料为Φ20 mm×2 200 mm高强锚杆+金属网+4 m长M钢带和Φ18 mm×2 200 mm高强锚杆+金属网+M钢带，对顶板和两帮予以支护施工。锚杆间距分别为750 mm×800 mm、800 mm×800 mm，金属网为1 000 mm×2 200 mm，网格70 mm×70 mm。锚索加固中，选用了Φ18.9 mm×6 300 mm钢绞线为主要材料，间排距为1 300 mm×1 500 mm。

4.3 施工效果

短掘短支施工工艺可改进巷道施工质量，减少原先存在的片帮楼顶问题。同时临时支护的设置，增强了顶板岩层的稳定性，防止了离层、冒顶问题的产生。在永久支护中，通过分阶段监测的方式，可对最终支护效果予以了解，巷道结构的稳定性随着时间的推移逐渐加强，虽然仍存在较小的变形隐患，但不影响复合巷道的质量，整体效果良好。