巷道掘进支护中常见问题与应对措施分析论文_卢龙

巷道掘进支护中常见问题与应对措施分析论文_卢龙

重庆川九建设有限责任公司 重庆 401120

摘要:长期以来,煤炭一直是支撑中国现代化建设的主要能源品种,其在中国能源消耗中的比重一度曾高达70%以上。近年来,随着人们对各类能源的深度开发和对环境保护的日益重视,绿色能源日益增多,但短时间内煤炭作为中国能源主体的地位不会发生动摇。不过随着浅层煤炭资源的开采殆尽,深部开采成为煤炭行业发展的必然趋势,而在深部开采中,面对更加复杂多变的地质环境,如何实现巷道掘进过程中的有效支护,成为主要的难点之一。

关键词:巷道掘进;支护;问题;应对措施

1.地质环境复杂性为巷道掘进支护造成的影响分析

伴随中国浅层煤炭资源的日益枯竭,煤炭资源开采逐渐进入深井时代,井下地质环境恶劣程度进一步提升,巷道掘进支护工程遭遇全新瓶颈。以A矿为例,该矿拥有近百年开采史,矿区范围内地质条件复杂,地质构造数量众多,煤层赋存条件相对较差。随着该矿井回采深度的进一步增加,其掘进支护遭遇了更多问题:a)煤层顶板岩性发生显著变化,围岩应力的不断增大,使得围岩越发松散破碎,巷道掘进成形难度大;b)伴随采深的增加和围岩应力的增大,井下地质构造数量增多,巷道掘进作业中频遭各类断层,掘进作业效率和支护效率受到影响;c)矿井原本适用于浅部开采的掘进设备,在深部坚硬岩石的开掘中,应用效果欠佳,不仅截割效率低下且设备磨损严重。这一系列问题均极大地干扰了正常掘进支护的开展,影响矿井运营的根本。

2.掘进支护问题

2.1现有的锚杆支护技术无法满足复杂地形

煤矿企业多数地区地形复杂,井下地质条件也十分复杂。煤矿采掘工作面涉及到掘进巷道上坡下坡与掘进施工中遇断层,施工前方地质情况未知,如遇顶板煤层比较松软,遇断层过跳台,发生漏煤的风险变大。因此,在煤矿掘进时,极易出现变形现象。锚杆支护是当前使用最多的一项措施,虽然其效果较好,但研究发现,在我国部分煤矿企业中,仍然存在锚杆支护强度低等现象,如部分企业在煤矿掘进时仍然使用机械锚固锚杆支护、快硬水泥锚杆支护以及钢丝绳浆锚杆支护等。此类技术虽然起到一定的加固作用,但只能运用于掘进规的一般巷道,面对地形较为复杂且掘进需求较高的主要大巷,上述设备便存在很大的隐患,从而限制了煤矿掘进能力。与发达国家相比,我国的煤矿掘进支护水平相对落后。

2.2机械化程度及完成效率较低

研究显示,大规模开采使得煤矿开采作业的施工环境越来越复杂,就我国而言多数是采用井工开采的方式。据统计,我国有80%开采都是在井下实施作业,因此掘进巷道作业使用较为复杂的掘进机。就我国的煤矿掘进机械多使用悬臂式掘进机,这类机械在掘进巷道后,支护工作主要通过人工操作进行巷道顶板的支护工作,即以施工人员为主,通过使用钻头、扳手以及杠杆等工具进行支护作业,机械化程度低。

2.3煤矿挖掘效率低

煤炭能源的使用为人们的生活提供了很多便利,煤炭采矿事业也为我国的国民经济的增长做出了巨大贡献。需求量的增加,使得煤炭的开采业变多,同时煤矿掘进支护面临的挑战也进一步严峻。煤矿掘进效率问题即为首要面对的问题,在实际开采过程中,较多因受到复杂地质条件的影响,导致采煤作业遇到阻碍,影响了煤矿采掘效率。

3.煤炭采矿工程巷道掘进锚杆支护技术影响因素

1)巷道围岩强度。为实现有效的巷道保护支撑,直接面对的就是巷道围岩坚硬程度问题。如果围岩强度可以实现随着锚杆支护支撑作用不断增加时,可以实现支撑力度的不断增强。主要考验围岩对地质应力的载荷能力,如果围岩的载荷能力良好,在地应压力过大时,也会使得顶板的位移变化较小,实现较好的支撑保护作用。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此,煤炭采掘巷道的围岩掘进锚杆支护技术应用过程中,必须着重考虑围岩的强度问题。

2)地应力。矿山压力的作用会对煤炭开采造成一定的危害,比如围岩变形断裂或挤压巷道,挤压使得岩体离散或位移、煤层被压松、人工支撑物挤压变形或断裂,甚至出现岩层及地表位移或塌陷事故的发生。由于矿山压力作用,使得围岩、煤层、各种人工支撑及填充物进行力学挤压作用的现象统称为“矿山压力显现”。矿山压力显现对煤炭开采工作的危害性很大,如果处理不当会造成施工安全事故,甚至是人员伤亡。为有效控制矿山压力显现,在煤炭开采作业时要进行工作面支撑保护及采空区处理操作,实现对围岩变形与应力场改变进行有效的控制,实现安全作业。现代主流回采工作面支撑保护手段就是控制好顶板岩层,因此,将工作面支撑保护与采空区处理统称为顶板管理的支护技术。

3)巷道断面形状及其尺寸。在煤炭采矿工程巷道掘进施工过程中,需要对巷道四周的围岩应力进行支撑与调整,在这一过程中,巷道掘进施工过程形成不同的断面形状会产生不同的应力分布,因此要对断面的形状进行合理控制,使其对应力分散起到较好的作用。

4.巷道掘进支护

煤矿巷道施工过程中,适当运用前探梁施工措施,确定前探梁的位置后调整间距,最佳的设计在0.5m左右的前探梁距离,可以清除巷道内部障碍物;并在架设中选择连棚器进行固定,顶梁的布置方式决定掘进支护的质量,因此在布置时有必要对支柱间距进行限制,还需要保障顶梁是垂直的。前探梁的布置需要借助吊环式前探梁的支护来完成,传统的前探梁缺乏相应的支架,为改进这一现状,需要在施工前增加前探梁的支点,以提高掘进支护的价值。

煤矿巷道支护不可延续传统的支护方式与设备,需要引进先进的技术和支护设备,传统的支护方式支护效率较低且安全系数低,特别是在深部开采的巷道,传统的支护方式和设备无法应用于巷道深部的巷道掘进,引进和采用先进技术和支护设备是保障安全使用的前提和基础。巷道掘进支护强调临时支护效果,临时支护吊环式前探梁对支护进行加固,以保证支护体发挥正常的围岩控制,吊环式前探梁作用和布置与吊环式前探梁相似,吊链式前探梁的固定结构主要采用吊环,只有井下消除了安全隐患后才可移动前探梁。在吊链过程中使用前探梁对掘进工程进行加固,在施工现场采用三根吊挂来搭建临时支护设备,并使用长度为3.4m左右的钢梁进行搭建,使用吊环完成前探梁可以保证前探梁的稳定性,对提高井下经济效益有重要意义。

锚杆支护普遍应用于巷道支护中,在锚杆支护基础上并进行顶部锚索补强的支护方式,针对顶板破碎的情况对围岩注浆加固可以取得更好的支护效果,特别是适应于深井高地应力下的巷道掘进施工,注浆可以进入缝隙中提高围岩的承受能力,另外通过水泥泥浆注浆还可以改善锚杆支护的受力状况,提高锚杆支护的承载能力,通过锚固和注浆联合支护的方式,可以提高围岩的承受能力,确保井下作业的工作效率。

结语

为实现对煤炭开采高效、稳健及安全的发展,不断提升煤炭的开采产量,在实际施工过程中必须做好巷道的掘进及支撑保护工作,安全的巷道不仅可以实现煤炭的及时运输,更关乎技术工作人员及煤矿工人的生命安全,因此,必须对巷道掘进及支护技术进行深入研究,实现安全生产。

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论文作者:卢龙

论文发表刊物:《基层建设》2017年第14期

论文发表时间:2017/9/29

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