超前支护在采矿工程中的应用研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：刘宏洲（1993），男，汉族，山西介休人，大专，助理工程师，研究方向为采矿工程。-99-超前支护在采矿工程中的应用研究 刘宏洲 山西义棠煤业有限责任公司，山西 介休 032000 摘要：摘要：超前支护是一种应用比较普遍的现代化采矿方式，超前支护为我们的采矿工作提供了坚实的基础与保障。超前支护是通过预先设置支护结构，在采矿过程中提前进行支护，以减少岩体的变形和破坏。超前支护技术在减少岩体变形、控制地表沉降和保护工作人员安全等方面具有显著优势。基于此，本文主要针对超前支护技术进行研究，探讨其在采矿工程中的应用。关键词：关键词：超前支护；采矿工程；应用 中图分类号：中图分类号：TD353 0 引言 作为国家的根本能源，矿产资源在推动国民的经济增长和社会主义现代化进程中扮演了至关重要的角色。近些年，伴随着中国的采矿行业飞速进步，实际的矿产资源挖掘任务正在朝深层次的方向推进，而且它们需要应对的工作场景也日益复杂，尤其是在受到诸如地理状况、自然灾害等多方面的影响。因此，为了确保工作人员的生命财产安全以及矿业企业的经济收益，我们必须对整个采矿流程的每一个环节进行深入地审查。超前支护技术不只是确保矿山项目的高效进行和建设的安全，同时也对矿业企业的进步和经济收益起到了关键的推动作用。1 超前支护技术概述 目前，许多工程中都采用了一种相对完善的技术手段，即超前支护技术。这种技术主要应用于松软或易碎的岩层工程，其目的是在掘进工作之前就进行支护，通过辅助措施确保施工面的稳定性，以保证工程的顺利进行。现在，中国的许多工程已经采用了超前支护技术，这是一种必不可少的关键技术。特别是在铁路建设、公路维护和隧道工程等领域，这项技术得到了广泛的应用。鉴于采矿任务的独特性以及其对安全的严格需求，超前支护技术的应用对增强采矿区域的稳定性起着至关重要的作用。这项技术可以强化采矿建设地安全性，同时也可以在确保安全的情况下处理采矿效率不足的问题，从而极大地增强了矿石开发的整体收益。目前，超前支护技术的应用主要有三种：首先，通过使用钢管对前方的岩体进行加固，这通常在定位工作面的前部；其次，通过使用钢管和钢轨对前方的岩体进行加固，结合钢管和钢轨的错位固化；最后，通过注入泥浆来加强松散的土壤，并利用泥浆的黏性来硬化破碎的岩石。2 超前支护在采矿工程中应用的重要作用 超前支护作为一种新型的采矿工程技术，在采矿过程中扮演着重要的角色。它通过在采矿前提前设置支护结构，有效地减少岩体的变形和破坏，提高采矿效率和安全性。超前支护的应用不仅可以保护采矿工作人员的安全，还可以减少环境破坏，优化资源利用，具有广泛的应用前景。超前支护在采矿工程中的应用可以有效地保护采矿工作人员的人身安全。采矿过程中，岩体运动和变形是导致事故发生的主要原因之一。超前支护可以提前对岩体进行支护，减少岩体的变形和坍塌，大大降低事故和灾害的风险。支护结构的设置能够增加岩体的稳定性，确保工作人员的安全作业环境。其次，超前支护的应用可以提高采矿效率。传统采矿方法中，岩体的变形和坍塌会导致采矿效率的下降，甚至产生废料，导致资源浪费。超前支护可以通过减少岩体变形和坍塌，保持岩体的稳定性，使采矿过程更加顺利和高效。支护结构的设置能够保持开采工作面的稳定，提高采矿速度和采矿量，实现资源的最大化利用。此外，超前支护在采矿工程中的应用也有助于降低环境破坏。采矿过程中，岩体的扰动和坍塌不仅会对生态环境造成破坏，还会导致土壤和水资源的污染。超前支护可以有效地减少岩体的变形和破坏，降低土壤侵蚀和水资源的污染风险。支护结构的中国科技期刊数据库 工业 A-100-设置能够保护周边环境的完整性，减少生态系统的破坏，实现采矿活动与环境保护的有机结合。3 采矿工程中的常见的问题 3.1 石门揭煤中的问题 在中国的矿业开采活动中，石门揭煤经常是事故频发的关键环节。当进行巷道挖掘时，通常会触发煤层段的塌陷，这也是石门揭煤面临的主要挑战，而且这个挑战还没有得到解决，已经变成了中国矿业开采中石门揭煤的一个关键风险。如果在石门揭煤的过程中出现煤层塌陷的情况，那么这将可能导致大面积的煤层崩塌，这将严重阻碍采矿工作人员的工作进度，并可能触发煤灰和瓦斯的爆炸事件。这不仅对采矿工作人员和技术人员的生命安全构成了巨大的威胁，还极大地削弱了采矿项目的经济收益。目前，在中国的众多矿产开采揭煤活动中，经常会遇到顶板掉落的问题。为了应对这个问题，通常会使用棚板梁作为支护，并对顶板实施一系列的处理方法。然而，这些方法仍然无法完全避免顶部塌陷的事故，同时也很难防止大量的瓦斯溢出，这给采矿项目带来了极大的挑战。3.2 巷道掘进中的问题 随着采矿项目的持续推进，挖掘巷道的困难性也相应提升。多次的爆破和人力或机械的冲击压迫使得采矿地点上方的土壤承载力逐步降低，这对于确定采矿位置带来了巨大的挑战。在挖掘隧道的过程中，许多矿业企业对于隧道土壤的崩溃防止和优化措施并未做好，这经常会引发隧道塌陷的情况。一旦岩石再次遭受外部压力，就容易导致隧道崩塌和破裂。隧道崩塌后无法再次利用。如果矿业工作人员重新修建新的隧道，不但会浪费开采时间，还会极度消耗矿业项目的资金和人力，甚至可能连接已经损坏的断层岩石，引发更广泛的崩塌。3.3 矿产回采中的问题 在矿业开采过程中，矿石回采是关键步骤。由于在挖掘过程中可能会遗漏或未能找到矿石，这可能导致煤炭的损耗和经济收益下降，因此，在挖掘完巷道后，仍需要回采矿石。在矿石回采的过程中，可能产生不同程度的爆炸和人为的践踏有可能会引前方的岩石崩塌或者粉碎，这也将增加后续挖掘和采矿任务的困难性。在采矿活动中，回采人员很难完全遵循初次采矿的方法进行工作，而且之前的采矿方法也可能给采矿人员带来严重的安全风险，甚至可能导致大范围的掩体坍塌或者瓦斯泄漏等问题。因此，为了确保采矿人员的安全和采矿效率，采矿机构必须精准地分析矿区的位置、未被开采的矿物的位置以及周边的环境。4 超前支护在采矿工程中的应用 4.1 超前支护技术在石门揭煤中的应用 目前，石门揭煤的采矿过程遭遇了许多挑战，特别是顶部塌陷的问题。在这种情况下，超前支护技术的运用成功地避免了顶部塌陷的出现，对于解决石门揭煤的顶部塌陷问题起到了关键的作用。在发现巷道中的矿物前，必须进行适当的处理，例如在 2 米前的位置开设孔洞，并且孔洞之间的距离需要保持在 300毫米以内，孔洞的深度需要保持在 1.8 米左右。员工必须严格控制孔洞的间隔和深度。需确保孔洞的位置均匀地覆盖在巷道的四周，并且为每个孔洞安装一根钢管，因为钢管的长度是可变的，所以操作者需根据各种采矿巷道的具体状态选择合适的钢管。接着，在开始炮击揭露煤之前，必须进行严密的监督，确保炮洞的深度小于支护眼的深度，同时也需对钢管的品质和强度有严格的监督，合理地调整钢管的间隔。另外，我们需要在进行炮击前，仔细检查钢管的性能，找出存在的问题，然后马上替换为标准的钢管，检验钢管的间隔，并且对于那些不符合规定的钢管进行深入的研究和解决，或者是适度地调节其间隔。4.2 超前支护在巷道掘进中的应用 当建筑企业遇到巷道掘进的困扰时，他们通常无法立即采取行动。但在此基础上，增强巷道掘进的效能才是解决巷道掘进困扰的关键路径。为了确保巷道掘进的有效性，我们必须采用机器辅助的暂时支护策略，并且提升挖掘设备的运行质量，确保其能够达到高效、安全、迅速地挖掘过程。通过将悬臂式纵轴挖掘机与先进的支护技术相融合，我们创造出了一种既高效又安全的机械暂存设施。这种设施不只可以在挖掘过程中有效地构筑支护框架，还可以方便地移除支护设施，从而为后续的挖掘活动提供必要的技术帮助，从而增强掘进的效益，同时也减少了采矿项目的人力投入。临时的机载支护设备需依赖于悬臂式纵轴挖掘设备来操控，并通过挖掘设备的初始位置向其提供燃料。其运作原理是：挖掘设备的三个两通操控阀门与中国科技期刊数据库 工业 A-101-对应的支护燃料通道相连。在设备运转的期间，挖掘设备的初始位置会提供燃料，而三个两通操控阀门则会启动支护燃料通道，与挖掘设备初始位置建立联系，从而使得燃料通道能够互通。在启动预设支护框之前，必须先关闭综合驱动机油路，随后打开顶部框架，同时拉伸其侧面框架。之后，往前操纵预设支护框架和主框架的液压操纵杆，以便把预设支护框架和钢筋网络置于主框架之上。一旦完成了这个步骤，液压油就会通过溢流阀流入操作阀，接着通过分流集流阀流入双向锁，随后双向锁被打开，油就会被引入到油缸，同时，双向锁也起到了调节油量的作用。在所有步骤都做好之后，主架和顶梁架会逐渐展开，一旦达到预定的高度，就会将主架提升至巷道顶部，并且将钢带和钢网紧密地压在巷道顶部，同时，立刻开始打孔和安装锚杆的工作。在任务结束之后，将主体结构降至最低点，然后将其与顶部框架结合，并让顶部框架紧贴在挖掘机上。在任务完成之后，操作员需要把两个三通扳手推入油路，关闭支护油路，同时关闭支护控制阀，使挖掘机开始下一轮的工作。毫无疑问，在挖掘矿井的过程中，运用机械化的超前支护技术需要机器的平均运行时间超过 3000 小时，同时这种方法适合于 2.3m4.2m 米的巷道。4.3 超前支护技术在矿产回采中的应用 通常在回采过程中，超前支护技术能够有效解决回采遇到的许多问题。一般来说，在回采过程中超前支护技术的运用方式有两种：一是当矿石挖掘完毕，需要在漏斗中持续挖掘，简单地讲，这意味着需要再次在隧道中进行煤炭的挖掘。这样的挖掘方法可以提升未被挖掘的煤矿的挖掘效率，同时提升了挖掘的整体效果。然而，因为已被挖掘的部分的负载能力降低，随着持续的压力增加，它们的崩溃风险增加，因此，这种挖掘方法的安全性相对较弱，同时，它对隧道的空间需求相当苛刻，因此，执行这样的挖掘方法需确保隧道的间隔约 5 米。二是在两个废弃矿山之间的连接柱上进行采掘作业，这种采掘方法存在许多开采盲区的问题，因此其经济收益未能达到预期的效果。然而，这种方法能够有效地融合超前支护技术，同时也是一种更安全的采矿方式，中国大部分的煤矿的采矿工程都选择了这种方法。这种方法可以通过使用超前支架来实现，超前支架使用两个支架作为底部支护，并将左右两个支架合并为一个支架。此外，在两个支架之间的顶梁位置，通过防盗防滑千斤顶连接底座，以达到支护的效果。通常，每个支架都由两个部分构成，其中前部的顶梁与后部的伸缩梁相连，而前后部的底座则通过移动千斤顶进行相互连接。使用这个连接策略旨在提升支柱的坚固程度，并且增强预防保护措施的安全程度。另一方面，这个连接方法在节约地面资源上表现出色，它能够承受 3.5米的最大承重高度，承重范围也能够超过 3 米，从而拓展了挖掘区域。另外，这个设计的基础相对较低，而且在支护的两边和中央都设置了宽敞的空间，这样就能让工作人员轻松地移动。5 超前支护装置的改进思路 5.1 超前支护支护范围提高 如果我们在现有的超前支护设备的基础之上，再添加两个临时的支护顶部（一端与液压篷布的前端相对），就能够显著扩展支护的覆盖范围。同样，将这些支护顶部与其下方的圆钢和木板结合起来，就能形成一个对称的支护设备，以此来保证对称的支护。5.2 超前支护装置优化 经过优化的超前支护装置的构造主要由暂时性保护顶板（矩形钢板）组成，特殊的部位是在暂时性保护顶板的核心位置上进行频耳的焊接。同样，顶板与液压顶篷的底部连接处也连接了一个带有连接的液压千斤顶。这个液压千斤顶的两侧必须各自嵌入到原来的液压顶篷的吊耳内，并通过固定销来确保稳定。液压千斤顶的使用能够有效地保护顶部，并且在返回的过程中，也能够满足后续挖掘任务的要求。5.3 支护范围内辅助运输装置创新 我们能够通过改善超前压力影响区域的机械传送系统来提高巷道的运输效率，这需要我们对超前支护区域的辅助传送系统进行改良。这些系统主要由框架、轨道、滑动、负重和悬挂等元素构建。更详细地说，我们会将滑动系统安放在轨道系统之上，将轨道系统与负重系统一起放置在巷道的顶部，并将框架系统安放在滑动系统之上。负重系统则位于框架系统的底部。6 结束语 简而言之，超前支护技术已经普遍地应用于矿业项目的实施当中，尤其是在巷道掘进、矿产回采、石中国科技期刊数据库 工业 A-102-门揭煤、电靶道等环节中。通过对超前支护技术的不断改良与完善，我们不仅能够扩大其保护区域，优化其运输模式，还能够显著增加支护面积，减少空隙，同时，它对设备的适配性、保养及管理的效率也有着极大的帮助。通过应用超前支护技术，我们能够有效地确保采矿挖掘的安全，从而推动矿产业的长期稳定增长。参考文献 1王强.超前支护在采矿工程中的应用J.中国金属通报,2022(4):45-47.2李鹏鹏.浅谈超前支护在采矿工程中的应用J.团矿业装备,2021(4):56-57.3武哲曦.浅谈超前支护在采矿工程中的应用J.团矿业装备,2021(4):90-91.4叶林.采矿工程中超前支护的合理运用J.当代化工研究,2020(20):99-100.