談采礦工程采空區(qū)巷道掘進支護技術(shù)

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摘要：隨著采煤技術(shù)的發(fā)展，開采深度逐漸加深，對巷道支護提出更高要求。不斷優(yōu)化巷道支護技術(shù)，有助于煤礦安全高效生產(chǎn)。本文以陽煤一礦為研究對象，對該礦巷道掘進支護方式進行臨時和永久性支護設(shè)計，針對巷道中關(guān)鍵設(shè)備及施工過程進行研究分析。實踐表明：設(shè)計的巷道支護達到預(yù)期效果，為礦井的安全作業(yè)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：煤礦；巷道；掘進；研究

1.當(dāng)前煤礦高效掘進技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

大型煤礦依據(jù)地質(zhì)勘探及煤層分布位置進行礦井開采技術(shù)設(shè)計，巷道掘進效率直接影響到煤炭開采質(zhì)量，當(dāng)前我國煤礦巷道掘進技術(shù)現(xiàn)狀如下：（1）現(xiàn)階段主要采用的巷道掘進技術(shù)為綜合機械化技術(shù)，該技術(shù)涉及懸臂式掘進技術(shù)和單機錨桿鉆機技術(shù)兩類。綜合機械化技術(shù)普遍用于煤礦開采中。我國自主研發(fā)的煤礦掘進機，動力性能好、適應(yīng)性好，運用PLC控制技術(shù)，能及時有效監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，可靠性強。（2）我國吸收國外技術(shù)經(jīng)驗，自主開發(fā)的掘進技術(shù)取得諸多成就，以小功率掘進機為主，該機性能可靠、適用性強。但沒能實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，后期進口國外大功率掘進機，應(yīng)用于大斷面掘進。隨著煤礦開采技術(shù)的發(fā)展，我國在大功率掘進機方面還存在一定的差距，需要加強掘進技術(shù)的提高，以提升煤炭開采效率。

2.當(dāng)前煤礦高效掘進技術(shù)存在的主要問題

針對煤礦掘進技術(shù)中存在的不足，需要實時改進煤炭掘進技術(shù)，提出對應(yīng)舉措，以促進我國現(xiàn)代煤礦高效掘進技術(shù)，現(xiàn)階段主要存在的問題如下：（1）掘進機在作業(yè)中，遇到大塊巖石，且未能縮小切割深度的前提下，會造成機組滑動，致使截齒磨損，時間一長，造成截割電機短路，從而溫度急劇升高，致使電控系統(tǒng)癱瘓，嚴重時，會燒毀電機。（2）礦用掘進機工作時間較長時，需要及時補充油料，然而井下注油難度較大，若操作不當(dāng)會造成粉塵污染油液，使得維修時間延長，從而造成掘進機工作效率下降；掘進作業(yè)過程中，根據(jù)巷道寬度進行鏟板的調(diào)整，現(xiàn)階段諸多煤礦在鏟板更換安裝中，易于造成人工、材料的浪費，從而成為制約采掘效率的不利因素之一。（3）煤炭開采企業(yè)為了提高產(chǎn)能、提升企業(yè)經(jīng)濟效益，諸多煤炭開采企業(yè)選擇機械化開采技術(shù)，然而受運輸罐籠或巷道，尺寸影響，大多大型掘進機無法及時運輸?shù)骄孪锏乐?，不能實現(xiàn)快速掘進；掘進機在掘進過程中，產(chǎn)生大量粉塵，粉塵對礦工及設(shè)備均造成不良影響，從而影響掘進機工作效率。

3.當(dāng)前煤礦主要掘進技術(shù)分類

（1）巷道掘進技術(shù)。煤炭高效開采需要巷道掘進技術(shù)支持，煤巷綜合機械化設(shè)備主要為通風(fēng)除塵設(shè)備、刮板輸送機等。懸臂掘進機主要用于掘進巷道，在支護技術(shù)的支撐下，促進煤炭產(chǎn)能增加，縮減投入成本。當(dāng)前，煤礦高效掘進技術(shù)處于初級階段，仍需繼續(xù)改進。（2）半煤巖和全煤巖巷高效掘進技術(shù)。巷道縱斷面面積在3.3-1.2之間為半煤巖巷道。斷面以巖石為主，依據(jù)工況選擇適合的掘進設(shè)備，選型時必須充分考慮其內(nèi)部元件的安全性能、安裝難度、操作方式難易度、截齒強度等因素，所選掘進設(shè)備其截齒要具備足夠強度及力度，以便破碎巖石，提高掘進效率。為確保安全通常選用質(zhì)量較大的開采設(shè)備。當(dāng)前多數(shù)全巖巷高效掘進技術(shù)均為引進技術(shù)，在實際應(yīng)用中可能存有局限性，所以必須在全巖巷中覆蓋較為全面的遠程監(jiān)控技術(shù)，從而推動全巖巷的掘進效率。在實踐中優(yōu)化掘進技術(shù)，提升全巖巷掘進技術(shù)的自主研究，助推我國掘進技術(shù)的發(fā)展。

4.現(xiàn)代煤礦高效掘進技術(shù)的改進

（1）提高穩(wěn)定性，加強潤滑系統(tǒng)。巷道掘進作業(yè)過程中，需要在截割頭部位設(shè)置抗壓強度感應(yīng)器，若接觸大塊巖石時實現(xiàn)自動報警，便于及時調(diào)整截割參數(shù)；設(shè)置自動伸縮側(cè)支撐，提升掘進機在作業(yè)過程中能夠平穩(wěn)運行；因礦井下粉塵大，不適于人工注油，需要配置自動潤滑系統(tǒng)，結(jié)合工況編制潤滑程序，確保潤滑良好，降低設(shè)備故障率。（2）降低粉塵、提升掘進機預(yù)警。礦井下粉塵大，工況較為惡劣，不利于掘進機的安全運行，需要采取噴霧泵，改善巷道中的粉塵濃度，增加巷道環(huán)境濕度，為掘進機的安全運行創(chuàng)造條件。（3）實現(xiàn)掘進技術(shù)的自動化、智能化。隨著煤礦開采技術(shù)的發(fā)展，掘進技術(shù)得到大幅度改善，計算機斷面控制系統(tǒng)和遙控技術(shù)系統(tǒng)得以普及，巷道掘進中，重點在推進方向予以監(jiān)控、智能檢測、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，提升自動化管理水平，保障掘進機運行中實時調(diào)整截割參數(shù)和運行軌跡，確保掘進機的運行穩(wěn)定性，降低工人勞動強度、減少生產(chǎn)投入。目前，煤礦綜采機械化的普及為煤礦向高效高產(chǎn)發(fā)展提供有力支持，快速掘進發(fā)展成為開采技術(shù)的未來方向。煤礦巷道掘進作業(yè)中，必須對巷道進行有效支護，以提高巷道安全系數(shù)，錨桿支護是眾多支護方式的一種，該方式是一種常見并有效的支護方式，對圍巖起到較強的錨固作用，可有效增強圍巖本體穩(wěn)定性。該方式施工成本、材料成本較為經(jīng)濟，施工便捷勞動強度較低，易于維護、安全系數(shù)高，有利于降低煤炭開采成本。但是，該支護方式的掘進效率是制約后續(xù)開采的關(guān)鍵因素。因此，如何提高錨桿支護效率對煤炭生產(chǎn)具有重大意義。相關(guān)技術(shù)人員，務(wù)必提高重視度，切實結(jié)合生產(chǎn)實際，探討有效加快掘進速度的方法以期早日實現(xiàn)快速掘進的目標(biāo)。

5.煤礦地質(zhì)條件與支護參數(shù)

(1)煤礦地理地質(zhì)條件以某礦2#煤層底板開掘為例，該煤層埋深約250m，較為穩(wěn)定，為半亮型和暗型混合層，半亮層居多，結(jié)構(gòu)呈條帶狀。厚度區(qū)間4.9-7.3m，厚度均值5.93m；傾角變化范圍廣，傾角區(qū)間0-20°。其傾角平均值較小，約5°。整體而言，2#煤層結(jié)構(gòu)簡單。該煤層直接頂主要由塊狀粉砂巖構(gòu)成，厚度均值約3.2m，易于垮落。該煤層直接頂?shù)纳戏綖橹猩皫r老頂，硬度較大，存有水平斜層理，層間存由互層，厚度高達14m。2#煤層直接底多為塊狀黏土巖，遇濕膨脹，硬度下降變松軟，厚度范圍0.28-2.68m。直接底下部為波狀粉細砂巖老底，發(fā)育良好，層厚范圍11.9-14.4m，平均厚度為13.2m。(2)煤礦巷道支架支護參數(shù)煤礦巷道斷面尺寸為（4.6×2.9)m，巷道選擇錨桿支護方式，錨桿為363型，頂板設(shè)置6根、兩幫3根。錨桿加固采取樹脂藥卷，此外敷設(shè)單層鋼筋網(wǎng)。為確保巷道圍巖穩(wěn)固性，選擇小孔徑的錨索予以加強，排距、間距參數(shù)分別為3.2m、1.6m，錨索長度5.5m、根數(shù)為2根。掘進設(shè)備和帶式輸送機布局，見圖1。巷道掘進和支護原理，見圖2。

6.快速掘進技術(shù)

(1)對管理機制予以創(chuàng)新該礦采用先進的規(guī)劃和管理系統(tǒng)，可在生產(chǎn)作業(yè)過程中為計劃編制予以輔助，能夠?qū)τ媱澲械娜啃畔嵤┕芾砗涂刂啤Ｔ撓到y(tǒng)的使用提高生產(chǎn)效率，為快速掘進提供理論基礎(chǔ)。鉆爆施工由兩部分構(gòu)成，即錨噴和掘進，錨噴和掘進相輔相成，逐一進行不利于單進速度。所以，該礦采取三班掘進和邊掘邊噴的方式，以確保掘進效率提升。另外，在施工班組的選用中，嚴格審查相關(guān)資質(zhì)及施工經(jīng)驗，采用招標(biāo)制。為保障安全高效開展工作，三個生產(chǎn)班組均制定工作計劃和目標(biāo)，對每個班組進行優(yōu)化管理，提升其主觀能動性，全面提高掘進工作人員的積極主動性。薪資分配方面，實施四三三工資制，即安全、質(zhì)量、任務(wù)分別占比40%、30%和30%。淘汰“大鍋飯”制度。工資采用日結(jié)制。(2)充分發(fā)揮機械設(shè)備的性能優(yōu)勢掘進裝備的優(yōu)劣程度與掘進效率緊密相關(guān)，掘進裝備的工作穩(wěn)定性是保證掘進目標(biāo)快速實現(xiàn)的基礎(chǔ)。該礦選用技術(shù)領(lǐng)先的MRH-S200M綜掘機。該掘進設(shè)備性能優(yōu)良，結(jié)構(gòu)合理、堅固耐用、切割力強、運行可靠，能適應(yīng)各種工況，可實現(xiàn)安全高效快速掘進。為保障設(shè)備良好運轉(zhuǎn)，該礦制定嚴格的操作規(guī)程，委派專人對綜掘機進行維護保養(yǎng)及日常點巡檢工作。掘進作業(yè)過程中，若出現(xiàn)頂板條件欠佳，必須停止作業(yè)，首先進行巷道支護加固，防止將綜掘機砸傷。另外，及時清理綜掘機周圍雜物，確保設(shè)備運行環(huán)境安全。全方位加強設(shè)備管理，確保設(shè)備運轉(zhuǎn)率；嚴格遵守操作規(guī)程，保障設(shè)備運行狀態(tài)良好，為快速掘進提供保障，(3)選擇合理適用的錨桿鉆機錨桿支護需要鉆機配合，鉆眼速率和錨桿支護效率呈正比，而錨桿支護的速率與掘進效率呈正比。所以，務(wù)必重視錨桿轉(zhuǎn)機選型。以前該礦通常選擇電煤鉆進行打孔作業(yè)，受其電纜長度影響，給實際操作帶來不便，同時電煤鉆為干式打眼，施工作業(yè)中產(chǎn)生大量粉塵，不利于職工身體健康。為改善現(xiàn)狀，選擇風(fēng)動煤鉆。將干式鉆孔改為濕式鉆孔，既保證了鉆眼速度，又改善了操作環(huán)境。采用風(fēng)動煤鉆后，打眼速度顯著提高，頂板得以很好的控制，巷道安全形勢好轉(zhuǎn)。

7.結(jié)論

綜上所述，伴隨科學(xué)技術(shù)的突飛猛進，煤礦開采技術(shù)得到長遠發(fā)展，煤礦管理水平不斷提高，這就需要煤礦開采設(shè)備不斷升級換代，促進煤礦企業(yè)向信息化、專業(yè)化、集約化的方向進行發(fā)展。新型掘進機的應(yīng)用，為煤礦安全高效生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，煤礦企業(yè)需要結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造、煤層厚度等選擇適當(dāng)掘進設(shè)備，通過技術(shù)變革，積累掘進經(jīng)驗，為掘進技術(shù)和掘進設(shè)備的創(chuàng)新提供可靠依據(jù)。為我國的煤炭開采事業(yè)做貢獻。

【參考文獻】

[1]徐文鵬.煤層巷道掘進工作面臨時支護裝置應(yīng)用研究[J].西部探礦工程,2020,32(6):163-164.

作者：張建宇 單位：陽泉煤業(yè)（集團）股份有限公司一礦