煤巷合理支護(hù)技術(shù)及施工工藝探討論文
摘要：研究了錨桿支護(hù)技術(shù)在煤礦掘進(jìn)巷道發(fā)展中的作用理論及施工設(shè)備的工藝要求，從而有效提高錨桿支護(hù)技術(shù)的運(yùn)作效率及施工的安全性。
關(guān)鍵詞：掘進(jìn)巷道；錨桿支護(hù)；施工工藝
在煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)過程中，采用合理的支護(hù)技術(shù)會使煤礦生產(chǎn)得到有效的安全保障，同時(shí)也會促進(jìn)煤礦的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。目前煤礦開采工作大多采用錨桿支護(hù)技術(shù)，同傳統(tǒng)的木支護(hù)技術(shù)及型鋼支護(hù)技術(shù)相比，煤礦開采效率大大提高，具有安全高效的特點(diǎn)，在開采過程中取得較為理想的效果。錨桿支護(hù)技術(shù)從整體效果來看，不斷提高中國的煤礦開采水平及成巷進(jìn)度，節(jié)約了大量人力物力，取得較好的發(fā)展技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益，目前是中國現(xiàn)代化煤礦開采技術(shù)發(fā)展的必要階段。
1錨桿支護(hù)的本質(zhì)作用
錨桿支護(hù)技術(shù)的本質(zhì)是利用錨桿固定住巷道淺層的巖體，并實(shí)現(xiàn)承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。為了實(shí)現(xiàn)錨桿支護(hù)的作用效果，要保持錨桿加固的結(jié)構(gòu)完整性，避免出現(xiàn)大面積泄露或網(wǎng)兜現(xiàn)象；錨桿支護(hù)的重要作用是加固巖層結(jié)構(gòu)的承載力，通常會根據(jù)承載結(jié)構(gòu)內(nèi)壓的實(shí)際大小及預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散面積來判斷承載能力，錨桿支護(hù)必須具有良好的剛度及預(yù)應(yīng)力效果，預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散作用對支護(hù)技術(shù)有著重要的影響效果，比如留巷的巷道具有相對較大的承載能力，而動壓巷道與靜壓巷道相對來說承載能力較弱；承載結(jié)構(gòu)要有足夠適當(dāng)載壓的內(nèi)部煤層體，當(dāng)煤巖層發(fā)生較大強(qiáng)度的深巖來襲，要利用錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)來控制深巖強(qiáng)度破壞，而錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)能適當(dāng)?shù)叵蛲馔瞥稣w的承載結(jié)構(gòu)。此時(shí)應(yīng)該保持承載結(jié)構(gòu)的完整性，避免因失效的支護(hù)結(jié)構(gòu)而引發(fā)重大的冒頂片幫等事故，因此要控制錨桿支護(hù)在動壓較強(qiáng)的煤礦巷道內(nèi)存在過長的錨桿長度，避免造成錨桿由于動壓作用而發(fā)生斷裂，影響施工效果[1]。
2錨桿支護(hù)技術(shù)的作用原理及施工要求
2.1錨桿支護(hù)技術(shù)的理論分析
為了更好地理解錨桿支護(hù)技術(shù)的作用原理，首先需對中國煤層周圍的巷道做大致的調(diào)查，比如煤礦周圍的巷道被破碎圍巖體包圍，不具有支撐作用，如果脫離了支護(hù)的支撐，圍巖體很可能脫落，此時(shí)具有懸吊作用的錨桿支護(hù)技術(shù)便發(fā)揮不出懸吊作用。通常錨會被固定在周圍巖層上，而錨桿支護(hù)技術(shù)就是靠懸吊作用將煤礦巷道內(nèi)的圍巖體用錨桿懸吊起來，從而形成有效的支護(hù)效果。懸吊作用的原理是將煤層中下部不穩(wěn)定的巖層懸吊在上部堅(jiān)硬的巖層上，從而增強(qiáng)錨桿的拉力作用。錨桿支護(hù)技術(shù)通常也會應(yīng)用于組合梁理論和組合拱理論，中國煤層圍巖體多屬于層狀巖石，破碎程度較深的圍巖體一般會通過自身摩擦和相互擠壓的作用力而產(chǎn)生一定的穩(wěn)定狀態(tài)，在這種環(huán)境下，錨桿支護(hù)會起到一定的承載力，利用錨桿將圍巖體固定為一個(gè)整體狀態(tài)，從而增強(qiáng)承載能力。此時(shí)組合拱理論更適用于這種地質(zhì)環(huán)境，組合拱理論的作用原理能合理解釋圍巖體破碎后仍能處于穩(wěn)定狀態(tài)。比如在解決大面積巷道的支護(hù)措施，錨桿支護(hù)可利用組合拱理論將破碎圍巖體組合成一個(gè)整體，便會形成具有穩(wěn)定狀態(tài)的承載力較強(qiáng)的拱形結(jié)構(gòu)，從而防止圍巖體因過度垮落而變形，為工作環(huán)境創(chuàng)造一個(gè)安全有效的運(yùn)作機(jī)制。隨著中國不斷加大對煤礦的開采深度與進(jìn)度，相對完善的錨桿支護(hù)技術(shù)也在不斷適應(yīng)復(fù)雜多變的煤層，只有深刻理解錨桿的支護(hù)理論，才能有效把握煤礦巷道開采工作的進(jìn)程，從而充分實(shí)現(xiàn)錨桿支護(hù)技術(shù)的作用理念。
2.2錨桿支護(hù)技術(shù)的施工要求
錨桿支護(hù)的作用范圍較廣，但在實(shí)際施工中，要重點(diǎn)把握錨桿的具體施工要求，盡量減少系統(tǒng)誤差。比如首先確定錨桿孔的位置，錨桿孔需要提前控制到位，為了控制系統(tǒng)誤差，必須選取間距低于100mm且軸向角度低于5°的錨桿孔，將錨桿孔長度盡量控制在長于錨桿體的有效長度與低于錨桿體長度有余30mm。安裝錨桿時(shí)要注意將錨桿直接對準(zhǔn)錨桿孔底，錨桿尾部剩余距離不能超過20mm，保證錨桿安置妥當(dāng)，不影響安裝進(jìn)程。根據(jù)煤礦施工的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)在整個(gè)巷道掘進(jìn)工作面的范圍內(nèi)懸掛作業(yè)牌板，作業(yè)牌板的安置懸掛應(yīng)置于通風(fēng)照明處，方便施工人員監(jiān)督與排查。對于較為復(fù)雜的煤層區(qū)域，可實(shí)行特殊的支護(hù)手段，比如具有強(qiáng)化功效的加密錨桿。在施工過程中，要重點(diǎn)排查出現(xiàn)問題的煤層區(qū)域，控制危險(xiǎn)系數(shù)，保證在安全環(huán)境下作業(yè)，此時(shí)便要求對支護(hù)巷道的穩(wěn)固性及頂板支撐的錨桿進(jìn)行定期檢查與修護(hù)，比如煤礦巷道內(nèi)存在浮石，應(yīng)及時(shí)毀掉原有的錨桿鉆孔，并在此基礎(chǔ)上用型鋼材料做錨梁，同時(shí)安裝鋼筋混凝土錨桿；巷道內(nèi)經(jīng)常發(fā)生巖崩危險(xiǎn)，應(yīng)及時(shí)清理崩落的巖石，用錨桿固定住煤礦巷道內(nèi)的下部，在錨桿支護(hù)下，可降低巖層再次崩落的頻率[2]。
2.3錨桿支護(hù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題
煤礦巷道掘進(jìn)工作采用的支護(hù)技術(shù)經(jīng)歷了木支護(hù)、砌碹支護(hù)、型鋼支護(hù)及錨桿支護(hù)，顯然錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用效果強(qiáng)于其它幾種支護(hù)手段，主要從其支護(hù)材料、設(shè)計(jì)理念及檢測技術(shù)上可體現(xiàn)。錨桿技術(shù)可適應(yīng)較為復(fù)雜的巖層，支護(hù)破碎程度較深的圍巖層，使其整合為一個(gè)整體不至于脫落，新型組合錨桿支護(hù)不僅可起到懸吊作用，還能增強(qiáng)巖層承載力，從而提高了煤礦掘進(jìn)工作的安全性能。然而錨桿支護(hù)技術(shù)在應(yīng)用過程中會出現(xiàn)一些問題，比如機(jī)械化程度不滿足現(xiàn)代煤礦掘進(jìn)巷道技術(shù)，機(jī)械化程度受到中國煤層地質(zhì)條件及掘進(jìn)設(shè)備影響較大。部分地區(qū)發(fā)展不發(fā)達(dá)，煤礦錨固工作在空頂環(huán)境下使用手持式鉆機(jī)，不僅工作效率低，且危險(xiǎn)系數(shù)極高，稍不注意就會引發(fā)煤礦災(zāi)難。錨桿支護(hù)的配套技術(shù)也亟待完善創(chuàng)新，比如對煤層巷道進(jìn)行鉆眼工作，鉆眼過程會隨之出現(xiàn)大量水流與氣流，并沖出鉆孔內(nèi)的巖屑，對工作人員有極大的沖擊力，同時(shí)加大了施工難度。錨桿支護(hù)技術(shù)尚處于研究階段，一些實(shí)質(zhì)性問題比如掘進(jìn)效率低、錨固作業(yè)匹配程度低等，作業(yè)匹配程度低就會影響掘進(jìn)效率，還可能損壞煤礦巷道的工作地板，因此，提升錨桿支護(hù)的作用機(jī)制，要從不斷提高作業(yè)之間的匹配度，從而有效提高作業(yè)工作效率。
3快速掘進(jìn)與支護(hù)一體化設(shè)備施工工藝研究前景
錨桿支護(hù)技術(shù)最早發(fā)展于德國謝列茲礦，20世紀(jì)50年代中國開始在煤礦掘進(jìn)巷道中推進(jìn)錨噴支護(hù)技術(shù)，隨后吸收外國先進(jìn)的錨桿技術(shù)，其安全高效、高收益、低成本的優(yōu)點(diǎn)被人們所熟知，其應(yīng)用前景逐漸向著快速掘進(jìn)與支護(hù)一體化發(fā)展，經(jīng)過多年應(yīng)用探索，中國的錨桿支護(hù)技術(shù)逐漸擁有高端的支護(hù)材料、新穎的設(shè)計(jì)理念及高效的監(jiān)測技術(shù)。隨著中國不斷加大回采工作面的機(jī)械化水平，煤礦采掘工作跟不上回采工作面的推進(jìn)步伐，這就導(dǎo)致煤礦開采面臨現(xiàn)實(shí)的發(fā)展難題，從而降低了煤礦巷道掘進(jìn)的工作效率，也拉低了煤礦工業(yè)的經(jīng)濟(jì)需求。中國現(xiàn)階段采用的錨桿技術(shù)是綜合掘進(jìn)機(jī)械化的普通作業(yè)性質(zhì)，利用綜掘機(jī)綜采煤，膠帶機(jī)運(yùn)送煤，多為人工操作的單體錨桿鉆機(jī)。該巷道掘進(jìn)配套技術(shù)自動化程度較低，一般掘進(jìn)深度每月平均為300m，最好的情況也是低于800m，掘進(jìn)效率并不能滿足現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)需求。一般造成掘進(jìn)效率低的主要原因是快速掘進(jìn)與錨桿支護(hù)技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)一體化，且支護(hù)時(shí)間相對于割煤時(shí)間較長，回采工作面的割煤時(shí)間大約占17%~34%，支護(hù)時(shí)間高達(dá)67%。隨著中國不斷引進(jìn)外國先進(jìn)的支護(hù)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，逐漸實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)與支護(hù)一體化，從而有效提高了煤礦月進(jìn)尺度，其中在神東礦區(qū)大柳塔礦實(shí)現(xiàn)了連續(xù)采煤機(jī)與錨桿臺車的推進(jìn)使用，采掘尺度為月進(jìn)尺1500m，這無疑是堅(jiān)定中國新型錨桿支護(hù)技術(shù)的支持態(tài)度。由于外國的掘進(jìn)配套模式并不完全滿足中國的煤層開采條件，而要實(shí)現(xiàn)月進(jìn)尺高于800m的巷道快速掘進(jìn)設(shè)備及配套的施工工藝，必須在了解中國煤礦復(fù)雜條件的基礎(chǔ)上，研究適合中國煤礦條件的掘進(jìn)配套模式[3-5]。
4結(jié)語
錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，是中國發(fā)展較為前端、經(jīng)濟(jì)前景較為發(fā)達(dá)的高新技術(shù)。錨桿支護(hù)技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)的不足之處，在安全性質(zhì)、經(jīng)濟(jì)效益及運(yùn)作效率等方面均發(fā)揮了重要作用。面對中國復(fù)雜多樣、開采強(qiáng)度大及開采深度大的煤巷來說，盡管錨桿支護(hù)技術(shù)的作用范圍較大，但更需要開發(fā)新型的支護(hù)技術(shù)，針對不同性質(zhì)的地質(zhì)情況，應(yīng)采用相應(yīng)的錨桿材料及施工工藝，這樣才能有效提高生產(chǎn)效率，取得良好的支護(hù)效果，為安全生產(chǎn)提供了保障。
參考文獻(xiàn)：
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