巷道快速掘进顶板支护关键技术探析.pdf

2023.01电子乐园217Engineering 工程技术1 巷道掘进顶板支护常见问题因为峰峰煤田矿区的地质状况非常复杂，围岩的稳定性较低，所以巷道的支撑面临巨大的挑战。随着巷道掘进水平的逐渐加深，围岩变形或受到破坏，使得支护工作变得更加困难。在矿层中，大量的积水会使围岩岩体产生巨大的膨胀力，而且上部和两侧的挤压力也会对围岩产生影响，一旦出现变形或塌陷的情况，将会严重影响巷道的支护工作。因为地质条件的限制，在巷道施工过程中，围岩石块容易脱落，这将导致顶板裂缝的增加或扩大，甚至出现顶板及围岩离层的情况，这对顶板支护构成了巨大的挑战，甚至可能导致冒顶事故。2 巷道掘进顶板支护分类2.1 矿用支护型钢矿用支护型钢在井下巷道掘进中起到重要作用，它们可以分为T型钢带、C型槽钢和U型钢三种。不管选择哪种型号，它们都必须具有优异的抗压、耐磨、耐热、耐拉等特点，以确保安全可靠的施工。鉴于巷道支架既要承受横向的剪切荷载，又要抵抗纵向的拉伸荷载，因此，必须确保其能够在横向和纵向两个方向上均能够满足负荷的要求。2.2 可缩性支架可缩性支架是一种金属结构，它能够承受各种荷载，其中包括收缩时的变形、振动、冲击和其他外力。它的性能取决于它的结构和连接件的质量，因此，选择合适的材料和设计方案对于提高可缩性支架的使用寿命至关重要。采用可缩性支架，其最大承载能力将超越其自身的极限，从而实现更高的安全性和稳定性。判断支架的承载能力的最佳方法是检查它是否出现了塑性变形。通常来说，极限承载能力与实际承载能力之间存在一定的差异，通过观察这种差异的大小，我们可以确定可缩性支架的基本状态。如果差异较小，那么可缩性支架的状态也较好，反之，它会逐渐恶化。可缩性支架的最佳状态应该是，其极限荷载能力和实际荷载能力之间的差异应该尽可能小，甚至可以完全消除。2.3 预留柱支护与传统的支护形式相比，预留柱支护方式更加先进，它可以有效地避开支撑压力的峰值区域，使上下区段之间的空隙得到充分利用，从而实现顶板支护。这种方式在井下开采中也得到了广泛的应用，为提高采矿效率和安全性提供了有力的保障。尽管这种支护方式看起来简单易行，但它必须满足巷道支护的要求，而且成本也不菲，因此在维护上仍然存在一定的困难，因此正在被其他方式所取代，但这并不意味着它就不再被使用。3 巷道掘进顶板支护技术为了有效提高我国煤矿开采的效率，确保安全，在矿井巷道掘进时应当采用合理的支护技术，以确保安全可靠。下面将介绍几种常用的煤矿巷道掘进顶板支护技术，以期达到最佳的开采效果。3.1 锚网喷式支护在准备阶段及回采阶段巷道掘进施工的过程中，由于巷道内蕴藏着大量的煤质，因此必须持续作业。为了确保巷道顶部的稳定性，必须对其进行永久性的加固，通常采取锚网喷式加固，即将钢筋网片悬挂在顶部，并通过高压设备将混巷道快速掘进顶板支护关键技术探析文/梁 华摘 要：随着工业化的不断发展，煤矿能源扮演着越来越重要的角色，但如何确保煤矿开采的安全性仍然是一个棘手的问题。为此，需要对煤矿井下巷道的结构进行深入研究，并利用顶板支护技术来提升巷道的承载力，这种技术的主要方式就是通过开拓和掘进巷道的方式，以增强巷道的抗压能力。本文探讨了煤矿巷道掘进顶板支护技术，包括可伸缩支架、锚杆、钢筋混凝土支撑结构以及锚索支撑结构等多种技术。关键词：煤矿；巷道掘进；顶板支护技术电子乐园2023.01218工程技术 Engineering凝土喷射到其表面，以防止其发生风化收敛变形。通常，需要根据地面的土壤厚度来决定喷锚的厚度，以确保地面的承载能力达到预期，避免由于机械设备的干扰导致巷道坍塌。这正是锚喷式支撑的重要功能。3.2 锚杆支护 锚杆支护是一种极其有效的支护技术，其特点是由锚杆体、底座、钢绞线等组成，可以有效地支撑巷道顶板，增强巷道的抗压性，从而为煤矿开采提供更加安全、稳定的支护环境。通过在底座和顶座上安装托盘，我们能够根据支撑的紧固情况来调节它们，使其能够发挥出最大的作用。因此，这种支撑技术已经在矿山巷道顶部的支撑领域得到了广泛的应用，并且表现出色。3.3 钢格栅支护技术 钢格栅支护技术已经被广泛应用于煤矿掘进巷道的支护，其独特的优势在于：制作过程简便，无需使用复杂的机械设备，而且质量轻，安装便捷，成本低廉。钢格栅的优越的柔韧性使其能够轻松地适应各种复杂的巷道环境，而且当巷道内部出现变形时，它能够与巷道顶板紧密结合，从而有效地提供支撑。钢格栅支护技术在实际应用中表现出色，能够有效地保障工程的安全性和稳定性。3.4 矿用支护型钢支护技术 为了更加有效地完成煤矿巷道掘进开采，建议在开采过程中，根据顶板特点，先制作出具备良好强度和承载能力的型钢，并将其应用到多种不同支护形式之中。此外，对于那些上覆岩层较薄、覆盖面积较小顶板，建议用一个整体型钢来取代，从而更加有效完成开采任务，对顶板进行支撑。4 巷道快速掘进中影响顶板支护稳定性的因素为了确保煤矿开采的安全性，应根据当地的地质状况及其他外部环境，综合考虑四种常见的支护技术，仔细研究影响支护稳定性的各种因素，并根据实际的施工情况，选择最佳的支护措施，以确保顶板的稳定性。4.1 巷道施工的地质条件及周边环境 随着科技的进步，煤矿的储量不断增加，但其周围的地质环境却变得越来越复杂。因此，在矿井巷道的掘进过程中，不仅需要关注微风化的岩层，而且还需要特别重视它们的稳定性，以防止发生破裂的情况，从而极大地降低开采的难度；另一方面，当遇到软泥岩层或者含水量较高的岩层时，开采就会变得更加困难，而且支护顶板的复杂性也会有所提升。为了解决这一问题，要采取锚网喷支撑技术，并在巷道内部设置适当的排水沟，使得地下水能够畅通无阻，形成一个完整的水循环系统，从而有效地将软土层与顶板联结起来，提高巷道的抗压能力。为了获得更好的掘进效果，在开展巷道挖掘作业时，必须综合考虑当地的地质条件、外部环境等多种因素，精心挑选出最佳的支撑措施。4.2 工艺技术 当采用钻爆法和机械掘进法开展煤矿巷道掘进时，由于它们的振动幅度较大，因此会给支护结构带来不可忽视的影响，从而降低其稳定性。因此，为了确保支护结构的安全可靠，必须采取有效的措施来确保其稳定性。在采用各种掘进方法时，应根据具体情况选择合适的支撑技术。如果使用机械设备进行综合掘进，由于需要满足较高的机械工作面标准，则应使用型钢支护，即使使用锚杆支护，也能够有效地支撑顶板，从而确保其稳定性。然而，由于位置的冲突，使得锚杆支护无法保证机械设备的正常运转，因此，在使用钻爆法进行掘进开采时，应使用锚杆支护或锚网喷支护，以减少爆炸带来的巨大干扰，保护巷道井壁的完好。采用适当的支护技术可以有效地减少掘进过程中对顶板结构的不利影响。5 提高煤矿巷道顶板支护技术的有效措施为了更好地提高我国煤矿开采的效率和质量，最重要的是确保安全。因此，应该采取有效措施来提高顶板支护的稳定性。根据前面提到的影响支护稳定性的因素，在实际的掘进过程中，应该采取有针对性的措施来解决问题。本文将根据多年的煤矿开采工作经验，提出几点建议：5.1 优化施工工艺第一，为了确保巷道的安全性，我们建议使用一种具有更高的破碎能力、更低的中心位置、更小型机械的综合掘进技术。该技术通常包括多臂式锚杆钻车、悬臂式综掘机等，能够更好地适应地质环境，提升生产效率。该掘进技术既能够依赖于机械驱动，也能够依赖于液压马达，并且配备了先进的液压系统和自动化加油设备，从而极大地增强了其可靠性和稳定性。第二，对于断层面积较大的巷道，应该优先考虑使用连续式掘进技术。为了提高施工的效率，建议使用快速掘进技术，并在回风巷道施工中使用锚杆钻车，以保证巷道的稳定。此外，在选择设备时，应该重点关注巷道顶板支撑和巷道挖掘，并尽量使用可调节的支撑结构。当施工区域的断面狭小时，可以使用凿岩台车进行自动化操作。然而，当断面较大时，则需要使用综掘机或盾构机进行单独或联合作业，以实现快速、高效、精确的施工，并最终提高整体施工质量。第三，在设备的日常运行中，应该进行定期的检查、维护，以免由于设备故障导致无法正常运行。5.2 采用先进的挖掘技术和先进的挖掘设备 随着我国工业的迅猛发展，多种掘进机械已经成为煤矿2023.01电子乐园219Engineering 工程技术开采的首选技术，它们能够有效地减少对土层的影响，提高施工的效率，同时还能够有效地保证顶板支护的稳定性，从而替代了钻爆法。因此，应根据矿山的地质状况，在众多设备可选用适合本矿地质条件的掘进设备，以确保掘进作业的安全性和效率。5.3 提高巷道顶板承载能力为了确保安全，前期的准备工作必须包括综合考虑矿压和井下地质结构，并根据施工区域的地质赋存条件，制定出完善的安全技术方案。在设计和实施顶板支护时，必须仔细审查临时支护的形式、支撑顶板的方法、材料、数量和尺寸，并且严格控制操作过程。当巷道开始挖掘时，原本的支撑结构可能已经损坏，再加上回采活动的影响，上方的岩层可能会发生变形，导致地应力重新分配。当工作面继续回采推进时，采煤量也会增加，这将导致顶板的前后移动，并且侧向支撑的压力也会有所变化。为了确保巷道的开挖位置和时机得到恰当的控制，必须计算并理解这些规律。如果在一个区域的工作面顶板没有移动，可能会选择使用普通的巷道，这时候侧向的顶板已经没有移动，因此可以继续挖掘，而不会对顶板的结构造成任何影响。根据实际测量结果，为了确保侧向支撑压力的稳定性，通常需要至少两个月的时间，而且，为了达到最佳效果，沿空掘巷的持续时间必须超过 50m。5.4 掘进施工工艺优化掘进施工工艺优化需要从以下几个维度开展，首先是临时支护工艺优化、其次是永久支护工艺优化、最后是作业及循环方式优化。临时支护工艺优化分为顶板临时支护优化和迎头端面临时支护优化，在临时支护工艺优化期间需要确保机载临时支护前后与地面之间的间距需要至少大于 40cm，并且还需要确保支护机构能够切实顶板。倘若实际施工期间的机载临时支护因不可抗力因素出现结构受损现象，需要施工人员通过单体垂直顶底板打设的方式，利用煤层注水泵供液，初撑力必须大于 6MPa。迎头端面临时支护优化的支付形式为十字支撑架，相关参数为不能超过 12或者高于掘进巷道 2.6m 以上。倘若下山掘进巷道高度高于 3.5m 以上，则需要采用防片帮措施。如若上山巷道坡度超过 12，则需要全断面都采用防片帮措施。永久支护工艺优化包括顶板锚杆支护优化、锚索支护优化以及巷道帮部锚杆支护优化。顶板锚杆支护优化期间需要选择强螺纹钢锚杆配合棱形金属网。顶部锚杆的数量为7根，锚杆间排距为 800*1000mm，每个锚杆都需要利用中速树脂锚固剂进行处理。顶板锚索支护优化期间需要采用两卷中速树脂锚固剂，利用液压锚杆钻车在巷道顶板的两侧钻锚索孔，每根梁上需要钻两个眼，眼距为 2.6m。巷道帮部锚杆支护优化选择右旋全螺纹锚杆配合菱形金属网、KTM4 钢带支护以及帮部 10 根锚杆，锚杆间排距为 800*1000mm。采用一卷中速树脂锚固剂，锚杆螺母的扭矩为 200N.m。作业及循环方式优化需要在确保安全生产的前提下，对各项工艺流程进行平行调整，以此全面提高掘进作业效率。例如可以采用单班正循环作业，中班和夜班每班 3 个循环，早班 1 个循环，每日共 7 个循环。工作制度则采用三八制的作业方式，迎头施工作业必须根据施工企业实际人员情况进行合理划分，尽量确保工序之间能够采用平行作业的方式。5.5 加强对快速挖掘过程的安全管理 当使用顶板支撑巷道时，应该根据当前的地质条件和周边岩石的物理化学性质，选择最佳的支撑措施。尤其是对于关键部位，应该加强安全防护措施，并使用最新的安全检测技术，以确保整个工程的安全。为了确保顶板支护的质量，必须清楚地了解所需的材料的种类、大小和使用方法。5.6 确保支撑施工的安全，必须加强监督和管理在煤矿井下的巷道掘进过程中，由于外部环境的变化，顶板的支撑稳定性可能会发生崩塌或冒顶的情况，因此必须采取严格的管控措施，以确保安全。为此，必须对安全监管人员和支撑工作者实行双重培训，增强他们的安全意识。为了确保矿山巷道的安全，必须建立完善的安全监督管理机制，并且配备充足的安全监管人员，他们必须尽责地履行自己的职责，并且在掘进过程中，仔细检查支护结构的质量，以确保其符合规范，避免发生破裂、弯曲等情况，从而确保支护结构稳定性，从而确保掘进的安全。提高矿山工人的技术水平和综合素养，加强他们安全意识。在掘进巷道时，应该及时发现安全隐患，并避免违反规定进行作业。这样就能够减少人为因素对安全的影响，提高矿山开采的安全性。6 结束语为了应对不断增加的煤矿需求，煤矿企业必须加强对安全作业的重视，确保矿井掘进的安全性。因此，应根据矿井的地质特征及其周围环境，仔细比较各种顶板支护技术的优劣，从而制定出最佳的支护方案，从而大大提高掘进的安全性，从而推动我国煤矿开采行业的发展。参考文献：1 吴锋.巷道快速掘进顶板支护关键技术探究J.内蒙古石油化工,2022,48(8):74-77.2 严红军.巷道快速掘进顶板支护关键技术探究J.电脑校园,2019(6):11612-11614.作者单位：峰峰集团九龙矿