超前支護(hù)在采礦工程中的應(yīng)用
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摘要：超前支護(hù)技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多種工程的實(shí)施當(dāng)中，是較為成熟的一種支護(hù)手段。主要闡述了超前支護(hù)的概念，對(duì)石門(mén)揭煤、巷道掘進(jìn)及礦產(chǎn)回采過(guò)程進(jìn)行分析，并結(jié)合超前支護(hù)技術(shù)探究其技術(shù)的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：超前支護(hù)；采礦工程；應(yīng)用；研究
0引言
在采礦工程中，超前支護(hù)技術(shù)為其帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，目前超前支護(hù)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到采礦工程的各個(gè)過(guò)程當(dāng)中，極大地提高了采礦工程的安全性與穩(wěn)定性，為順利施工提供了基礎(chǔ)保障。由于采礦工程相較于其他工程具有特殊性，且對(duì)施工過(guò)程的安全性和施工效率要求都較高。因此，為保障施工人員的生命財(cái)產(chǎn)安全和礦產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，必須要對(duì)采礦過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)核查。高效的超前支護(hù)技術(shù)支持不僅能夠保障采礦工程完成的高效性及施工的安全性，而且對(duì)礦產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)效益具有重要的支撐作用。
1超前支護(hù)技術(shù)概述
超前支護(hù)技術(shù)是目前許多工程中應(yīng)用較為完善的一種技術(shù)手段，其工作內(nèi)容主要是在松軟或易破碎的巖層工程中超前于掘進(jìn)工作而實(shí)施的一種起支護(hù)作用的技術(shù)，在輔助措施的作用下保障施工工作面穩(wěn)定，以保證工程的順利實(shí)施。目前，超前支護(hù)技術(shù)已經(jīng)滲透到中國(guó)許多工程當(dāng)中，成為不可缺少的重要技術(shù)之一，其中在鐵路建設(shè)、公路維修、隧道工程等工程中被廣泛應(yīng)用。由于采礦工作的特殊性和對(duì)安全性的要求較高，超前支護(hù)技術(shù)的引入對(duì)提高采礦工作面的穩(wěn)定性具有十分重要的意義，該技術(shù)為采礦施工的安全提供有力的保障，并能夠在安全性較高的條件下解決開(kāi)采效率低下等問(wèn)題，大大地提高了礦物開(kāi)采生產(chǎn)的綜合效益。目前超前支護(hù)技術(shù)的表現(xiàn)形式包括三種：a)利用鋼管加固松散巖石，一般用于錨定工作面前上方的巖體；b)利用鋼管和鋼軌加固棚頂，結(jié)合鋼管和鋼軌錨固工作面前上方的巖體；c)利用傾注泥漿加固松散泥土，利用泥漿的粘著性膠結(jié)硬化破碎的巖體。
2超前支護(hù)在石門(mén)揭煤中的應(yīng)用
2.1石門(mén)揭煤中的問(wèn)題
在中國(guó)礦產(chǎn)開(kāi)采過(guò)程中，石門(mén)揭煤常常是事故發(fā)生的主要階段，在巷道進(jìn)行掘進(jìn)過(guò)程中，揭露遇到煤層的過(guò)程中往往會(huì)引發(fā)煤層段掉頂，這也是在石門(mén)揭煤中遇到的主要難題，并且該難題仍舊尚未被攻克，成為中國(guó)礦石開(kāi)采中石門(mén)揭煤的重要隱患問(wèn)題。在石門(mén)揭煤過(guò)程中如果發(fā)生掉頂情況，則會(huì)容易引發(fā)連片的煤層塌落，甚至導(dǎo)致大部分煤層段掉頂，嚴(yán)重影響采礦工作人員的工作進(jìn)度，甚至?xí)l(fā)煤灰與瓦斯事故，對(duì)開(kāi)采人員及工作技術(shù)人員的生命安全造成嚴(yán)重威脅，同時(shí)也嚴(yán)重?fù)p害了采礦工程的經(jīng)濟(jì)效益。目前，中國(guó)諸多的礦產(chǎn)開(kāi)采揭煤過(guò)程中常常發(fā)生掉頂情況，為緩解這種情況，一般會(huì)采用架棚探梁進(jìn)行支撐，并對(duì)頂板采取一系列的措施處理，但是依舊不能避免掉頂?shù)氖鹿拾l(fā)生，也難以預(yù)防大量瓦斯的涌出，為采礦工程帶來(lái)了巨大難題。
2.2超前支護(hù)技術(shù)在石門(mén)揭煤中的應(yīng)用分析
目前，采礦工程中石門(mén)揭煤環(huán)節(jié)遇到諸多問(wèn)題，其中掉頂問(wèn)題尤為嚴(yán)重，在此，超前支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用預(yù)防了掉頂問(wèn)題的發(fā)生，在解決石門(mén)揭煤的掉頂問(wèn)題中發(fā)揮了巨大的作用。以下是超前支護(hù)技術(shù)的具體應(yīng)用分析：a)在巷道中見(jiàn)礦物之前要做好相應(yīng)的處理措施，在距離見(jiàn)礦物前2m處打眼，要求孔眼之間的距離控制在300mm內(nèi)，孔眼深度控制在1.8m左右，工作人員對(duì)孔眼的間距和深度要嚴(yán)格把關(guān)；b)要求孔眼位置均勻分布在巷道周?chē)⑶以诿總€(gè)孔眼插入一根鋼管，由于鋼管長(zhǎng)度可以調(diào)節(jié)，工作人員要根據(jù)不同的采礦巷道的實(shí)際情況使用不同長(zhǎng)度、直徑和厚度的鋼管。然后進(jìn)行超前護(hù)頂保護(hù)措施[1]，在進(jìn)行炮擊揭煤前一定要嚴(yán)格把控超前護(hù)頂保護(hù)措施，控制炮眼深度低于支護(hù)眼深度，并且要嚴(yán)格把控鋼管質(zhì)量及鋼管力度，適當(dāng)調(diào)整鋼管間距，此外，在每次炮擊之前都要詳細(xì)核查鋼管狀態(tài)，排查問(wèn)題鋼管并立即更換正常鋼管，核查鋼管間距，并針對(duì)不合理間距的鋼管集中分析并加以處理或適當(dāng)調(diào)整鋼管距離。
3超前支護(hù)在巷道掘進(jìn)中的應(yīng)用
3.1巷道掘進(jìn)中的問(wèn)題
隨著開(kāi)采工程不斷深入，巷道掘進(jìn)的難度也與之增加。在多次不同程度的開(kāi)采爆破及人力或器械的踩踏碾壓作用下，開(kāi)采地點(diǎn)上方的土方承重能力逐漸減弱，對(duì)開(kāi)采位置的確定產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，許多采礦單位對(duì)巷道土方的坍塌預(yù)防工作和改進(jìn)工作并不到位，因此常常會(huì)導(dǎo)致塌方現(xiàn)象的出現(xiàn)。巖體一旦再一次受到的外力作用就極易引發(fā)坍塌和破碎，并且在巷道坍塌后不能被再次使用，如果采礦工作人員重建新的巷道，不僅會(huì)浪費(fèi)時(shí)間開(kāi)采時(shí)間，而且會(huì)大大消耗采礦工程的資金和勞動(dòng)力，甚至?xí)B接原先破壞的斷層巖體，引發(fā)更大面積的坍塌。
3.2超前支護(hù)在巷道掘進(jìn)中的應(yīng)用分析
施工單位面對(duì)巷道掘進(jìn)問(wèn)題時(shí)往往難以著手，從根本來(lái)說(shuō)，提高巷道掘進(jìn)效率是解決巷道掘進(jìn)問(wèn)題的根本途徑。保證巷道掘進(jìn)的高效性需要引入機(jī)械化的臨時(shí)支護(hù)方式，同時(shí)提高綜掘機(jī)的工作水平，真正實(shí)現(xiàn)高效、安全、快速掘進(jìn)。懸臂式縱軸掘進(jìn)機(jī)結(jié)合超前支護(hù)技術(shù)形成了高效、安全的機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置，該裝置不僅能夠高效地搭建開(kāi)掘過(guò)程中所需的支護(hù)鋼架，更能夠有效拆除支護(hù)設(shè)備，為下一階段的掘進(jìn)提供技術(shù)支持，提高了掘進(jìn)效率并為采礦工程節(jié)省了勞動(dòng)力。臨時(shí)機(jī)載支護(hù)裝置要借助懸臂式縱軸掘進(jìn)機(jī)完成，并通過(guò)綜掘機(jī)原站為其供油，其工作原理為：掘進(jìn)機(jī)的三位兩通工作閥連接到相應(yīng)的支護(hù)油路，當(dāng)機(jī)器進(jìn)行工作時(shí)，綜掘機(jī)原站供油，同時(shí)三位兩通工作閥打開(kāi)支護(hù)油路并連接綜掘機(jī)原站，實(shí)現(xiàn)油路相互連通。在超前支護(hù)架開(kāi)始工作前，首先要關(guān)閉綜掘機(jī)油路，然后展開(kāi)頂架并且伸出展開(kāi)側(cè)架，接著向前推動(dòng)支護(hù)頂架與頂梁架的液壓控制手柄，目的是將支護(hù)鋼架和鋼網(wǎng)安放在頂梁架上。完成這一操作后，液壓油會(huì)經(jīng)過(guò)溢流閥進(jìn)入到操作閥，然后再經(jīng)過(guò)分流集流閥進(jìn)入到雙向鎖中，再然后雙向鎖打開(kāi)后進(jìn)入油缸，同時(shí)利用雙向鎖控制油量。以上工序完成后主架與頂梁架會(huì)緩慢打開(kāi)，當(dāng)高度達(dá)到所需位置后將主架上升到巷道頂板，并把鋼帶與鋼網(wǎng)緊壓在巷道頂板，同時(shí)，立馬進(jìn)行打眼和錨桿安裝工作。工作完成后將主架降到最低位置，折合主架與頂梁架，并將頂梁架合攏伏于綜掘機(jī)上。工作完成后，操作人員要將兩位三通手柄推向油路，關(guān)閉支護(hù)油路，并停止支護(hù)控制閥，綜掘機(jī)進(jìn)行下一工作循環(huán)[2]。當(dāng)然，在采礦掘進(jìn)巷道的過(guò)程中利用機(jī)械化超前支護(hù)手段需要機(jī)械平均無(wú)故障工作時(shí)間超過(guò)3000h，并且該機(jī)械手段適用于寬度為2.3m～4.2m以上的巷道。
4超前支護(hù)在礦產(chǎn)回采中的應(yīng)用
4.1礦產(chǎn)回采中的問(wèn)題
在采礦工程中，礦產(chǎn)的回采也是該過(guò)程中的重要一環(huán)，由于在開(kāi)采過(guò)程中會(huì)發(fā)生礦產(chǎn)遺漏或未發(fā)現(xiàn)礦層，造成開(kāi)采過(guò)程中的煤炭損失和降低經(jīng)濟(jì)效益，故而在巷道掘進(jìn)過(guò)后還要回采礦產(chǎn)。在礦產(chǎn)回采過(guò)程中，開(kāi)采和掘進(jìn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不同程度的爆炸和人力踩踏情況，極易導(dǎo)致前上方巖體坍塌和破碎，也會(huì)使后續(xù)掘進(jìn)工作和回采工作的難度更大。在回采過(guò)程中，回采工作人員難以完全按照第一次開(kāi)采方式進(jìn)行回采礦產(chǎn)工作，并且原先的開(kāi)采方式也會(huì)為開(kāi)采人員帶來(lái)巨大的安全隱患，甚至?xí)斐纱竺娣e的掩體崩塌或瓦斯泄露等問(wèn)題，因此，為了保障開(kāi)采人員安全和開(kāi)采效率，采礦單位必須確切分析礦區(qū)的位置及未開(kāi)采礦物的位置和周?chē)h(huán)境。
4.2超前支護(hù)技術(shù)在礦產(chǎn)回采中的應(yīng)用分析
通常在回采過(guò)程中，超前支護(hù)技術(shù)能夠有效解決回采遇到的許多問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，在回采過(guò)程中超前支護(hù)技術(shù)的運(yùn)用方式有兩種：a)在采礦結(jié)束時(shí)的漏斗之間進(jìn)行不間斷掘進(jìn)，通俗來(lái)說(shuō)就是重新在巷道內(nèi)進(jìn)行煤炭開(kāi)采。該種方式對(duì)遺漏煤礦的開(kāi)采率更高，具有較高的開(kāi)采效率，但是由于已經(jīng)開(kāi)采過(guò)的部分承重能力變低，在后續(xù)的不斷壓力下也導(dǎo)致坍塌概率更大，更容易發(fā)生巖體塌方等問(wèn)題，所以該方式一般安全性較差，并且對(duì)巷道空間要求較為嚴(yán)格，實(shí)行該種回采方式要保證進(jìn)巷道間距5m左右；b)沿著兩個(gè)廢棄礦場(chǎng)之間的連接柱進(jìn)行回采施工，該種回采方式有開(kāi)采盲點(diǎn)較多的缺點(diǎn)，因而經(jīng)濟(jì)效益達(dá)不到預(yù)期效益，但是該種方式能夠充分結(jié)合超前支護(hù)技術(shù)，也是安全性能更高的回采方式，中國(guó)大多數(shù)煤礦的回采工程都采用該種方式。該種方法可以采用超前支架的方式實(shí)現(xiàn)，超前支架采用兩個(gè)支架作為底部支撐，并且將左右兩個(gè)支架合并為一個(gè)支架使用，此外，在兩個(gè)支架之間的頂梁位置通過(guò)防盜防滑千斤頂鏈接底座，起到支撐的作用。每個(gè)支架一般由前后兩節(jié)組成，并且前節(jié)頂梁后部與后節(jié)伸縮梁鏈接，前后節(jié)底座通過(guò)移駕千斤頂相互鏈接。采用這種鏈接方式的目的是增加支架的穩(wěn)定性，提高超前支護(hù)的安全性。此外，該種支撐回采方式具有節(jié)省空間的優(yōu)點(diǎn)，其最大支撐高度可以達(dá)到3.5m，支撐寬度達(dá)到3m以上，擴(kuò)大了開(kāi)采空間。再加上此種方式的底座較小，支架兩側(cè)及中間都有較大的通道，便于工作人員來(lái)回穿行和材料及設(shè)備的運(yùn)輸。該操作簡(jiǎn)便，僅憑單人就可以簡(jiǎn)單操作，省時(shí)省力，為礦產(chǎn)開(kāi)采工程減少勞動(dòng)力和財(cái)力支出[3]。
5結(jié)語(yǔ)
超前支護(hù)技術(shù)在采礦工程中被廣泛應(yīng)用，并在石門(mén)揭煤、巷道掘進(jìn)、礦產(chǎn)回采中都發(fā)揮了重要作用，該技術(shù)的引用能夠保障開(kāi)采工作人員的安全性、穩(wěn)定巷道及上方巖體，為礦產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和施工人員的人身安全提供了有力保障。
參考文獻(xiàn)：
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作者：來(lái)明明 單位：山西新安工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司