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【分類號】:TU753
錨桿支護是煤礦巷道布置中采用的一種有效的支護方式,由于該項工藝技術具有良好的穩定性、成巷速度快、施工作業量少、巷道斷面利用率高、提高煤礦開采安全生產條件等優點,所以錨桿支護技術在當前煤礦開采作業中得到廣泛應用。當前,煤礦巷道支護中,錨梁網、錨噴網及錨索等已經得到有效應用。但是,由于煤礦巷道受采動的影響較為頻繁,使得很多巷道的圍巖結構發生變形等情況,致使巷道支護的安全穩定性得不到保障。因此,解決錨桿支護中的相關問題,提高巷道支護的安全性和可靠性是當前煤礦開采過程中一項重要的任務。
一、錨桿支護的問題解析
(一) 巷道地質條件方面
對于煤礦巷道支護工程來言,其安全性、穩定性及可靠性與錨桿支護質量有著密切的聯系,而錨桿支護質量則取決于巷道地質條件,兩者是相輔相成的。錨桿支護存在問題與煤礦地質環境條件和基礎信息資料缺乏有很大的關系。在現有的煤礦巷道支護中,有圍巖結構較為穩定的1、2類巷道,也有不穩定的4、5類巷道。因此,在進行錨桿支護時,其整體變形能力和承載能力應滿足圍巖結構變形的約束力,使圍巖結構達到平衡與穩定的狀態,這就需要錨桿支護技術具備更加良好的應用效果。在煤礦巷道錨桿支護體系中,地應力實測技術是其核心,合理有效的實施地應力實測技術是保證錨桿支護質量的基礎與前提。
(二) 錨桿支護設計方面
首先,當前錨桿支護的作用機理在其理論研究方面還有所欠缺,存在一定的局限性,難以滿足地質條件、作業環境較為復雜的煤礦巷道支護設計要求。以往的錨桿支護理論包括:懸吊、組合梁、組合拱壓等。這些理論研究都是建立在相應的假設基礎上,根據不同條件和要求來描述錨桿支護的作用機理,而且力學模型和計算方法較為簡單,無法適應當前煤礦巷道錨桿支護作用機理的理論需求,從而難以滿足煤礦巷道錨桿支護設計的要求,需進一步加強理論研究。
其次,目前煤礦巷道錨桿支護參數的選取主要采用工程類比法和理論計算法及自身經驗來完成,這幾種參數選取的方法存在諸多缺陷與不足之處,無法有效確定錨桿支護參數。所以,采取有效的方法選取錨桿支護參數也是錨桿支護存在的問題之一。
最后,隨著科學技術不斷發展,各種新材料不斷涌現,錨桿支護所需的材料種類不斷增多。然而,集中且單獨生產和制造錨桿支護相關材料的廠商或單位較少,在材料、工藝上缺乏標準性和規范性,不僅浪費大量材料,還影響了煤礦巷道錨桿支護的實際效果。還有,在煤礦巷道頂板巖層支護期間,如出現錯動的情況,就會導致錨桿、錨索出現剪切受損。如金屬錨桿設計不合理,在載荷作用力超出錨尾材料的承載能力時,錨尾就會受損破壞。
(三) 巷道圍巖監測方面
在巷道頂板離層指示儀測定錨桿錨固的離層狀況時,需在頂板出現冒落危險前設置相應的報警裝置,從而避免頂板巖層出現冒落等安全事故。當前頂板離層監測采用的是離層指示儀,這種監測設備是一種機械式的測量方法,難以對巷道頂板巖層實施全面、有效的監測,從而對錨桿支護質量造成影響。在確定錨桿支護巷道頂板離層界限值時,多采用數值計算程序模擬及理論計算方法得出結果,然而在計算中的系數,需根據礦區環境進行變更和修正。另外,在實際運用過程中,要想保證錨桿支護質量,就必須充分考慮錨桿受力大小、巷道表面位移、巷道結構變化等多方面的影響因素,還需綜合考慮各種復雜因素,如地質條件、環境條件、設計要求、施工要求等,以此制定出更加經濟、可靠的錨桿支護方案。
二、解決錨桿支護問題的對策與措施
(一) 強化錨桿支護的理論基礎
針對煤礦巷道圍巖礦壓的作用規律進行相應的研究,進一步研究不同荷載作用下,煤礦巷道圍巖的變形、破壞規律,根據煤礦圍巖在不同變形和破壞過程中的平衡結構特性,研究煤礦巷道圍巖受損與施工作業中的破壞與受損情況相比存在的差異及規律。從而了解圍巖穩定與不穩定的本質。另外,要對錨桿支護的作用機理進行深入研究,探討和了解不同錨固方式形成的錨固體的力學特性,補充當前錨桿支護理論中存在的缺陷與不足之處。同時,要加強錨桿支護的變形機理研究,掌握不同錨固支護方式的變形特性及適用范圍,并進一步加強錨桿支護結構體的特性研究。
(二) 完善和發展錨桿支護機具
雖然我國錨桿支護機具的種類較多,但是其整體性能及可靠性卻相當低,例如,我國開發的錨桿鉆機多達40多種,但是適用于煤礦井下錨桿支護作業性能及可靠性的只有4-5種。在煤礦開采深度不斷增加的情況下,巷道壓力增大,支護難度增加,尤其是沒有進行支護的底板破壞趨勢愈加突出。因此,要完善錨桿鉆機性能和質量,開發新的錨桿鉆機,由于煤礦生產條件越來越復雜,當前錨桿鉆機已經無法滿足實際需求,錨桿鉆機在性能和質量方面需進一步加強,針對底板破壞趨勢突出的情況,積極開發底板錨桿鉆機和液壓幫錨桿鉆機。對于巷道支護配套機具設備,應保證其科學性和合理性,將連續式采煤機與錨桿鉆車等作為巷道配套機具的生產系統,采用連采機成套分離系統裝備,充分發揮其機動靈活、協調連續作業、速度快等優點。另外,還要積極引進和研制中型掘錨機組,針對我國煤礦開采的實際情況,選擇符合各類煤礦巷道支護的配套設備,適合我國煤礦煤巷工況條件,從而保證各類機具及配套設備的有效利用,推動我國煤礦行業不斷適應市場經濟發展的需求。
(三) 縮小與國際先進水平的差距
近幾年,W型鋼帶組合錨桿支護技術在煤礦巷道支護工程中得到廣泛應用,而且取得非常可觀的經濟效益,但是采用滾壓工藝生產W型鋼的廠商較少,大多是沖壓形成,這樣不利于鋼材的合理利用,難以保證W型鋼帶的質量。雖然該種鋼帶的整體強度較高,但是在煤礦巷道圍巖中的強度較低,經常會出現螺母壓入預留孔中,導致鋼帶失效。因此,W型鋼帶需要進一步加強質量控制,同時在實際應用中要完善和提高工藝水平,從而縮小與國際先進水平的差距。
另外,在煤礦開采條件越來越復雜的情況下,應采用巷道樹脂錨桿技術的應用,該種技術正朝著高強度、高荷載的方向發展,這就需要樹脂錨桿技術應用所需的材料要與其發展方向一致。當前使用的不飽和聚酷型樹脂錨固劑存在固化收縮的問題,因此,開發無固化收縮和膨脹性好的樹脂錨固劑尤為重要。我國樹脂錨固劑生產設備較為落后,自動化水平不高,使得樹脂錨固劑的質量得不到控制,所以研制高強度、性能好的樹脂錨固劑是十分必要的。
結語
綜上所述,雖然我國錨桿支護技術已經經歷幾十年的發展和完善,但是從整體質量和性能來看,依然存在很多缺陷與不足之處,無論是錨桿支護的理論研究還是錨桿支護設計與監測工作等方面,均有待加強和完善。因此,加強錨桿支護的理論研究,在施工工藝、設計及施工機具上不斷創新,提高錨桿支護制作水平和監測手段,是保證煤礦開采安全、可靠的關鍵,也是提高煤礦行業安全生產、提高產量、保證質量效率的基本保障。
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關鍵詞 錨桿支護;快速掘進;支護方法;組合式支護;工程管理;人員培訓
中圖分類號TD3 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708(2012)78-0150-02
0 引言
煤巷支護最先使用的是木支護技術,后來支護技術不斷發展,出現了錨桿支護技術。與其它支護技術相比而言,錨桿支護技術能夠顯著的提高支護效果,增進支護技術,減小作業人員的勞動強度,在實際運用中具有重要的現實意義。
1 煤巷錨桿支護快速掘進技術的作用
在煤礦的開采加工中,快速掘進是保證煤礦能夠穩定生產的基礎。而要保證煤礦快速掘進,就必須充分發揮現代電氣化與機械設備的作用。而要使現代電氣化與機械設備能夠安全可靠的運行,就必須保證煤礦巷道掘進系統的各個環節正常運行,比如支護、運輸、供水、通風等。因此,煤礦企業要想增進掘進速度,就必須完善各項配套設備,尤其是改進支護技術,縮短運輸時間。運用錨桿支護,能夠顯著提升支護效果,增進煤巷掘進速度,降低工人的勞動強度,有利于增強煤礦的生產能力,提高煤礦的經濟社會效益。
2 煤巷錨桿支護快速掘進技術的影響因素
盡管在煤礦生產中,錨桿支護技術已經得到了較為廣泛的運用,并取得了良好的效益。然而,由于我國錨桿支護技術起步比較晚,目前,還有多方面因素制約錨桿技術的發展,主要表現在以下幾個方面:
1)錨桿支護設計方法方面。主要表現為設計方法不合理,設計比較單一,在實踐中,基本上僅有兩種設計方法,包括主工程類比法和理論分析法。但是這兩種方法存在著缺陷與不足,主要表現為:工程類比法缺乏科學的設計依據,在設計的實踐中大多數是憑經驗設計。而如果運用理論分析法進行設計的話,由于礦井的實際情況經常發生變化,這就使得理論分析與實際情況存在著很大的差距。另外,運用這兩種方法設計出來的支護參數,往往與實踐存在著偏差,不能很好的適應工程的實際情況;
2)煤礦礦區地質條件方面。主要表現在對煤礦礦區地質條件的預測發生缺失。眾所周知,煤礦礦區的巖體是相當復雜的地質體,因而,在支護設計的時候,需要全面的了解地質體的實際情況。然而,在實踐中,很多的煤礦企業在進行支護設計的時候,沒有全面的了解圍巖的實際情況,忽視了對圍巖強度、圍巖結構、錨固性等相關參數的測試。這就使得在支護設計的時候,很多的缺點沒有被發現出來,忽視采取相應的措施來加強錨桿的支護,由于錨桿支護欠缺牢固,因而容易導致頂板事故的發生;
3)錨桿施工工程質量方面。主要表現為錨桿施工工程質量不高,在錨桿支護作業的實際中,其工程質量容易受到施工現場情況和地質條件的影響,常常會發生錨桿失效、防水效果不佳的情況。發生頂板破壞失穩之前,常常沒有明顯的預兆,施工人員難以及時采取措施進行預防,一旦發生事故,往往規模很大,造成的破壞比較大;
4)支護工作人員技術方面。主要表現在工作人員技術水平低。從事煤巷錨桿支護作業的人員大多數缺乏專業的技能,平時也缺乏對他們的培訓,技術水平不高,難以做好錨桿支護的各項工作。此外,在施工實踐中,缺乏對施工人員的監督管理,難以對各項不當操作進行及時有效的管理和控制,使得工程質量難以得到保障。
3 提高煤巷錨桿支護快速掘進技術的策略
錨桿支護快速掘進技術對煤礦生產實踐有著重要的作用,然而,現階段存在著多方面因素制約了該技術的發展,為了因對這些問題,改進錨桿支護技術,筆者認為可以采取以下策略。
1)科學設計錨桿支護方法。美國、英國等發達國家的錨桿支護技術發展較快,水平較高,應該重視引進和吸收。在引進國外先進技術的同時,要注重結合煤礦的實際情況,將地應力現場實測值作為前提條件,建立相應的動態設計方法,將地應力學評估、初始支護設計、現場監測、信息反饋、設計的修正和完善有機的結合起來,增強對煤礦區錨桿支護技術的針對性,進一步提高工程質量,保證錨桿支護的可靠性和科學性。另外,在支護設計的時候,還要重視運用現代化技術和現代化設備,對圍巖結構進行全方位的測量,加強對圍巖的理解,全面了解煤礦礦區的物理學特性,為科學設計錨桿支護做好準備;
2)推進組合式錨桿支護體系。第一、采用抗破斷強度的錨桿。一般使用的螺紋鋼錨桿的桿體強度較小,在施工中不適宜采用。應該采用螺紋鋼,這樣能夠增強錨桿的性能,提高錨桿的抗破斷強度提高錨桿的支護強度。第二、采用預應力錨桿和錨索、桁架的組合支護。由于圍巖不穩定,由于受到軟巖層、地層壓力的影響,因此,需要采用預應力錨桿和錨索、桁架的組合支護,這樣有利于防止巷道變形,防止頂板離層,進而保證支護效果,保證施工質量。第三、規范監督管理,加強監測工作,及時掌握巷道頂板下沉及離層現象,進一步保證錨桿支護的可靠性、安全性,保證支護效果;
3)加強施工工程質量管理。施工質量管理是提高工程質量、保證支護科學合理的重要前提,因此,必須高度重視。具體措施可以是加強對煤巷錨桿支護技術的管理工作、注重質量管理、采取措施加強現場管理工作,在施工的時候嚴格按照各項要求進行。此外,監督管理部門要積極履行自己的職責,加強對施工的監督管理,進一步保證支護的質量;
4)注重錨桿支護人員的培訓。設計和施工是保證錨桿支護質量的重要策略,因此有必要加強對支護人員的培訓,提高支護人員的素質。一方面,要加強對支護人員的崗前培訓工作,讓他們熟練的掌握施工技術,在作業中嚴格按照相關規定進行操作;另一方面,要注重對支護人員專業技能的培訓,讓他們掌握專業的技術知識,做好施工的各項工作,保證整個工程的質量。
4 結論
總而言之,錨桿支護技術是一種有效的支護方式,在實際運用中具有重要的現實意義。它能夠強化巷道圍巖的強度,提高圍巖的穩定性,并且支護成本低、成巷速度快、能夠改善作業人員的作業環境,保證作業的安全,進而顯著的提高煤礦開采的經濟社會效益,代表著支護技術的發展方向,在實踐中值得進一步推廣與運用。
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關鍵詞:煤礦;掘進巷道;頂板事故;預防措施
中圖分類號:TD322 文獻標識碼:A 文章編號:1009-2374(2013)07-
煤礦巷道頂板事故指的是礦工在采煤的時候,頂板突然冒落,最終導致采煤人員傷亡、采煤設備損壞、采煤工程停止。一般情況下,根據煤體的強度以及煤體層理發育程度,確定斷面形狀以及支護形式。在實際生產過程中,巷道可能出現斷層,頂板容易松動或者破碎。因此,研究斷面形狀、支護形式對頂板事故的影響,可以改善巷道圍巖的受力情況以及變形情況,有效預防煤礦頂板事故。
1 進行斷面優化預防煤礦掘進巷道頂板事故的發生
1.1 采取措施,優化巷道的斷面
煤礦巷道斷面選用拱形頂板、直墻與弧形底角的形狀,不僅施工快捷簡便,還能夠改善巷道圍巖的受力狀態,提高巷道圍巖的承載能力。通過數字模擬軟件以及圖像處理技術,比較弧形底角的巷道斷面和常規直角巷道斷面,計算它們的受力情況和變形情況。經過檢測發現,弧形底角斷面與直角斷面相比,剪應力減少了43%,最大主應力和最小主應力分別減少43%、69%,巷道頂板下沉量減少2%,底鼓量減少了42%。
1.2 優化結構,防止巷道冒頂
在煤礦的巷道中,經常采用支護形式是錨桿和錨索聯合的組合拱。組合拱的作用主要是懸吊作用和加固拱作用。組合拱可以承擔冒落巖層以及軟弱巖層的重量,還可以增加巖體的硬度,防止巷道圍巖的松動變形,加固拱的作用。
當巷道走向與巖層傾向之間的夾角很小的時候,可以向巖層中打入一根長1.8m的錨桿。如果巷道的頂板不破碎,打入錨桿的方向可以與巷道的拱形邊緣垂直,在這種情況下,錨桿的懸吊作用比較小。如果巷道的頂板破碎,錨桿打入的方向應該隨著巖層的傾向而變化。
當巷道走向與巖層傾向之間的夾角非常大的時候,無法將錨桿的另一側打入到巖層,此時,聯合拱起不到懸吊作用和加固拱的作用。如果另外一側的巖層不穩定,那么就會加快巖層的破裂和分離,錨桿就會失去加固作用。
在設計錨桿支護形式的時候,不僅要考慮巖層的厚度,還要考慮巖層與巷道之間的夾角,根據實際巷道情況,選擇不同長度的錨桿或者選擇用錨索代替錨桿,從而達到加固的作用。
2 改善支護施工形式預防煤礦掘進巷道頂板事故的發生
巷道圍巖在高應力的作用下,由于向巷道內擠入,所以很容易發生軟化以及破碎的現象,而巷道的頂板受到擠壓,很容易發生彎曲變形的現象。另外,巷道內經常會出現底鼓現象。因此,巷道的支護施工非常重要。
2.1 巷道支護的設計原則
在巷道的支護施工過程中,一定要遵守支護原則:支護設計以護為基礎,采用帶壓和讓壓支護,采用高強度的錨桿和錨索支護,控制巷道圍巖的受壓情況和變壓情況;以加強支護為重點,防止巷道巖層的破碎和脫落,防止錨桿和錨索的失效,防止巷道由于局部變形而遭到損壞。
2.2 掘進巷道的支護形式
2.2.1 預留煤柱支護。預留煤柱是傳統的巷道支護形式。由于巷道的上區段為運輸平巷,下區段為回風平巷,在上區段與下區段之間預留一定寬度的煤柱,使回風平巷避開支撐壓力的峰值區。預留煤柱支護技術非常簡便,而且還有利于通風和排水。但是預留煤柱支護也存在一定的缺點,預留煤柱支護的支護費非常高,煤柱的損失非常大,而且巷道的維護非常困難。煤柱的支撐壓力傳播到底部時,會對臨近巷道的穩定以及臨近煤層的開采造成一定的影響,還會成為沖擊地壓的安全隱患。
2.2.2 礦用支護型鋼。礦用支護型鋼主要有U形鋼和工字鋼,礦用支護型鋼主要用于圓形、半圓拱形以及橢圓形的巷道斷面。礦用支護型鋼的韌性非常好,礦用支護型鋼還具有非常高的抗拉、抗壓以及抗剪強度。由于使用環境非常惡劣,使用條件相當復雜,因此,礦用支護型鋼的性能要求非常高。
巷道的支架需要承受橫向載荷以及縱向推力,所以巷道支架兩個方向上都應該具有足夠的承載負荷能力,礦用支護型鋼斷面的集合參數取決于抗彎截面模量,抗彎截面模量應該與巷道支架的承載負荷能力數值接近。另外,礦用支護型鋼的集合形狀與支架的可縮性能還存在著一定的關系,尤其是對U形鋼影響。所以,礦用支護型鋼的集合形狀在鎖緊和滑移的時候,應該滿足礦用支護型鋼接觸面面積大、滑移平穩、受力狀況良好的要求。
2.2.3 可縮性支架。金屬支架的承載負荷能力包括實際承載能力以及極限承載能力。可縮性支架在收縮階段表現出來的承載能力就是實際承載能力,實際承載能力取決于連接件和支架的工作狀況。可縮性支架在剛性階段表現出來的最大承載能力就是極限承載能力,極限承載能力的標準是不出現塑性變形。一般情況下,極限承載能力大于實際承載能力,而可縮性支架最理想的狀態就是實際承載能力與極限承載能力接近。
2.2.4 錨桿支護。錨桿是錨固在巷道巖層內的桿狀物,錨桿可以加強巷道圍巖的穩定。圍巖與錨桿共同形成了錨桿支護系統。煤礦巷道的地質環境不同,錨桿的功能也不同。目前,我國的錨桿支架主要三種:摩擦式錨桿,比如縫管式錨桿等;機械式錨桿,比如楔縫式錨桿等;粘結式錨桿,比如水泥砂漿錨桿以及樹脂錨桿等。錨桿支護主要是為了加固巷道圍巖,加強巷道圍巖的穩定性。錨桿支護可以使巷道圍巖從載荷體變成圍巖承載體。根據相關研究,在地質條件相同的情況下,比較金屬支護和錨桿支護的作用,發現巷道圍巖的移近量減少了一半。在實際煤礦巷道支護過程中,當單體錨桿無法控制巷道圍巖的時候,我們還可以采用組合錨桿的支護形式。組合錨桿有兩種形式:一種是樹脂錨桿支護形式,樹脂錨桿的掩護網可以選擇金屬菱形網和金屬經緯網等,在實踐中效果較好的樹脂錨桿有:W型鋼帶和M型鋼帶等;另外一種是桁架錨桿支護形式,桁架錨桿由錨桿、拉緊器以及墊塊等組成。
3 結語
根據實際地質條件與巖層性質,選擇合適的巷道斷面形狀以及巷道支護方式,優化斷面設計、防止巷道冒頂,可以有效加固巷道圍巖,保障巷道的質量,預防頂板事故,減少煤礦工人的操作危險。
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[關鍵詞]煤礦 開拓 掘進 因素 施工技術
中圖分類號:TD263.2 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2015)24-0034-01
巷道掘進技術與煤礦生產息息相關,保證巷道掘進相關員工素質、技術設備、管理制度、安全措施和技術創新等,可以有效提高煤礦生產效率。綜采技術在現代快速發展,人們對礦井瓦斯的需求日益增加,然而掘進技術低下導致了一系列安全生產問題,掘進技術相對低下導致的掘進速度達不到要求也是制約煤炭生產的一個主要問題。我們要分析如何實現安全快速掘進以利于煤礦安全生產。
1.影響煤礦開拓掘進工程快速施工技術的相關因素
1.1 機械設備等是否與日俱進
隨著科技技術的日新月異,越來越先進的掘進設備被開發出來。煤礦巷道掘進是一個施工工藝要求高的一項技術,需要更加科學、有效和安全的掘進設施。目前我國的煤礦掘進設備也在不斷更新發展,然而與國外一些先進技術相比水平仍然比較落后。目前各種集成化、自動化智能化技術正迅速發展,然而我國在這幾個方面的技術還需要繼續發展。如鉆眼、爆破與裝運方面設備的選擇是否合理及使用是否正確是直接決定巷道掘進速度的關鍵因素,然而目前我國普遍使用的設備是氣腿鑿巖機,輸出功率相對較小,鉆速較低,需要多機作業才能提高工作面鉆孔速度,掘進效率十分低下。國外在大斷面巷道中卻基本上均采用盾構機及 TBM 掘進機,在小斷面采用鑿巖臺車,鉆孔實現了智能化、自動化控制,相比國內速度更快,成本更低,工作效率更高,巷道掘進也更安全可靠,掘進效率得到提高。
1.2 施工工藝是否先進
由于設備的限制,我國井巷掘進當前采用的多是鉆爆法施工,一般采用錨噴支護。這使得我國掘進的施工效率、安全問題、作業時間、生產成本方面比傳統的方式效果好,但是仍存在許多問題。例如巷道錨桿、錨噴等支護方式造成網、噴質量差,或是錨桿安裝技術不足造成安全隱患,嚴重影響井巷掘進速度。合理選擇錨桿以及保證安裝技術的純熟錨桿關鍵要選擇正確型號和嚴格按照規范進行安裝。掘進工程中的支護和巷道掘進分離工作是目前研究的主要施工工藝,支護和掘進分離的實現對提高掘進速度有很大的意義。礦井老化以及設備故障問題如果得不到很好的處理,將會嚴重威脅接下去的掘進工作效率性以及安全性。
1.3 地質條件好壞
地質條件復雜多樣,掘進過程中必須根據實際地質條件作出相應的處理,穩固頂底板,保證施工的安全。
1.4 施工管理方式制度
施工的管理對人員的選擇和分配、施工質量、生產成本、施工效率有極大影響。有效的施工管理可以更加合理地對施工人員進行安排,可以有效監督施工質量,避免許多浪費問題和安全問題。
2.如何實現煤礦開拓掘進工程快速施工
2.1 創新改進施工工藝
支護工藝與技術必須嚴格設計以確保支護強度。根據現場實際情況,綜合性地對錨桿支護設計、支護材料、施工工藝及施工監測進行分析,選擇合理的掘錨工藝技術,對錨桿支護參數進行優化處理,解決松軟頂板巷道支護技術難題,避免作業工序的多余冗雜,加快錨桿支護速度,減少安裝錨桿所花時間。研究開發錨桿快速安裝工藝,提高支護效率。在掘進過程中,要不斷地對掘進工藝進行改進和創新,最大地發揮出掘進設備的使用性。
2.2 推廣改進先進掘進設備
我國傳統進行頂板錨桿眼的鉆孔、頂板錨桿的攪拌安裝的設備,人工操作還比較多,隨意性比較大,安全可靠性較小,安裝質量較低。改用先進的機械安裝,可以減少人工操作,對安全可靠性和施工質量都有較大提高,避免了錨桿人工使用扳手緊固時隨意性強、無法保證預緊力等問題。引進大功率氣扳機來安裝錨桿,也能減少人工緊錨桿,提高錨桿安裝的質量,減少支護的時間,提高巷道掘進的效率及水平。引進掘錨一體化鉆機,以對硬巖煤巷更好地進行施工。引進或研發大扭矩旋轉,提高鉆眼速度,增大掘巷效率,可以更好地在硬巖條件下進行打眼。綜合分析我國地質現有條件,引進發展新型的掘錨機械用具,總結推廣以往錨桿支護的各項技術和經驗,引進國內外先進設備、技術、工藝。
2.3 改進地質探測技術
地質條件直接影響煤礦采掘環境的好壞,對掘進速度的快慢是關鍵影響因素。若是能夠很好解決地質條件問題,煤礦開拓掘進作業將得到更好的安全和技術應用保障。運用先進的地質探測技術,可以對地質進行更加精確和完整的測量,根據得到的準確數據可以更好的進行科學合理的施工設計,避免或減少可能出現的各種地質問題引起的施工障礙,提前做出相應處理。對地質構造、水文地質等的準確測量,可以避免透水、瓦斯事故等安全問題,提供更大的安全保障。
2.4 加強施工的組織管理
為了更快速、更優質、低耗能和高安全地施工,除了有先進的設備技術及合理的地質選擇外,還要進行有效的、科學的、系統的施工組織與管理。對現場施工人員的必須做好相應技術培訓,保障員工技術達到施工要求,提高員工綜合素質,確保煤巷施工質量和安全。嚴格對施工進行管理,按照相應政策對施工進行指導。建立健全各項安全管理制度和施工技術規范,對掘進施工人員加強技術和安全管理,提高管理對施工效率的監督作用。實行獎懲制度,提高施工人員積極性及責任性。有效監督地質探測,保證掘進工程的安全。
3.總結
快速掘進是一個綜合性工程,包括人員配置、技術設備、生產工藝、管理技術及安全問題等各種方面,要提高掘進效率,保證每個方面的質量是關鍵。希望相關人員能繼續研究相應技術,為我國能源開采提供更多更好的保障。
參考文獻
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關鍵詞 煤礦巷道;錨桿支護質量;因素探究
中圖分類號TD92 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708(2013)83-0157-02
0 引言
眾所周知,由于我國的地質特點,我國的煤礦開采途徑主要是通過井工挖掘這一方式進行,此時為了更好的進行井下作業,我們需要挖掘足夠的并且安全的巷道。一些調查結果顯示,若不將那些小型的煤礦企業計算在內,每年有8 000km左右的巷道成為新的采礦路徑。因此保證巷道的安全對煤炭企業來說是至關重要的,是煤炭企業安全生產的首要保證。為了研究出各種能夠符合煤礦巷道的錨桿支護技術,從而使工作人員能夠在煤礦巷道中安全工作,巷道支護技術經歷了從木支護到錨桿支護的發展歷程,突破了很多的技術難關。其中錨桿技術是我國現今通用的支護技術。隨著錨桿技術的發展,促進了我國礦井施工技術的進步,很大程度上改變了礦井的開拓部署和巷道布置方式[1]。
1 煤礦巷道的發展歷史
煤礦巷道支護的發展經歷了木支護、砌碹支護、型鋼支護到錨桿支護的漫長過程。我國煤礦于 1956 年開始在巖巷中使用錨桿支護,至今已有 50 多年的歷史。錨桿支護經歷了從低強度到高強度再到高預應力、強力支護的發展過程。早期的錨桿主要是機械錨固錨桿、鋼絲繩砂漿錨桿、端部錨固樹脂錨桿、快硬水泥錨桿及管縫式錨桿等。這些錨桿支護強度與剛度都相對較低,支護原理上仍屬于被動支護,只適應于簡單地質條件。對高強度錨桿支護技術的認可是從1996年~1997 年引進澳大利亞錨桿支護技術開始的[2]。通過引進技術與示范工程,對高強度螺紋鋼錨桿進行加長或全長樹脂錨固、動態支護設計方法、小孔徑樹脂錨固預應力錨索等新技術、新材料、新方法在很多礦區得到推廣應用,取得較好的支護效果和經濟效益。但是,隨著巷道埋深增加,地質條件的復雜化及受到強烈的采動影響,高強度錨桿支護逐漸暴露出很多問題,比如說:在深部及復雜困難巷道中,高強度錨桿支護巷道圍巖變形大,支護構件破壞嚴重,支護效果差,不能滿足安全生產要求。
2 煤礦巷道布置的發展方向
3 影響錨桿支護質量的因素
錨桿支護的質量受很多因素的影響,其中最為重要的是圍巖的穩定性、地質構造、斷面大小、服務年限長短以及相關的其他因素。現今我們一般采用的都是螺紋鋼錨桿,這種材料一般用于礦井巷道以及地下工程圍巖的支護,能夠很好的增加它們的穩定性。螺紋鋼錨桿有著自身的結構特征,在桿體上有軌制的連續螺紋,我們在特殊情況下會在緊固端設置預應力墊片和球頭型螺母。這一設置使得它有著明顯區別于圓鋼加工的錨桿的優點。當然它還有其他的優點,比如錨固端和緊固端不需要機加工、材料運用率低等等。當然對錨桿支護質量影響最大的是煤礦巷道,在下文中予以重點描述。
煤礦巷道的特點會因地質條件以及施工環境的不同而不同,但是每個煤礦巷道都有一些普遍的特點。比如說,煤巖體的強度比較低,地質結構有時會比較復雜,并且在巷道中的動壓容易影響支護的使用,由于我們常建的巷道是矩形斷面,這樣就使得它的受壓能力不高等等,這些特點都使得巷道對支護技術要求更高更苛刻。
4 煤礦巷道錨桿支護存在的技術問題
為了使礦井施工可以達到高效安全的目的,我們必須做好支護工作,做好一次支護是采煤工作中非常重要的一個環節。為了保證采煤工作的速度進而保證采煤量,要求我們所采用的順槽在其使用期內不簡短的持續工作,也就是不存在維修的問題,從而使得整個采礦工作保持穩定,不因其他因素而暫時中止。并且對于一些工程量比較大的項目,比如說大巷和硐室等永久性工程,對這一方面的要求更高,因為它們被掘出之后就會安置很多的設備在其內,不安全的因素會變得很多,這就使得巷道的支護工作更加難以展開。
5 煤礦巷道錨桿支護的技術突破
上文主要介紹的是一般支護所存在的技術問題,作為支護技術中比較常用的錨桿技術也面臨同樣的技術問題。錨桿支護的作用原理對一次支護具有決定性的作用,這是因為錨桿技術有著不同于巷道表面支護的重要特征。我們在分析錨桿支護時不能夠簡單的利用研究連續體的方法去研究它,因為錨桿支護周圍的環境相對來說比較特殊,存在很多的煤巖體,而煤巖體是屬于不連續體的。另外,為了能夠使錨桿的支護作用得到充分發揮,我們首先要做的是如何使錨桿支護工作中多產生的阻力擴散到圍巖中,這樣才能夠很好的保證錨桿的錨固力。
下面從兩個方面介紹巷道錨桿支護的技術突破。第一,由于錨桿支護的主要作用在于控制它四周的巖石等不會發生滑動、斷層等等現象,使得四周的煤巖體保持完整,從而保證巷道施工的安全進行。而錨桿的預應力在這一過程起著非常重要的作用。因此我們要通過合理設計錨桿支護,提高錨桿支護的預應力。第二,研發更多能夠精確檢測巖地質特征的技術,以及提高支護材料的強度以及剛度,將施工技術、支護工程質量檢測以及相關的注漿技術聯合在一起,為巷道施工提供優越的有保障的支護技術。基于以上兩點,我們研究出了高預應力以及強力錨桿支護技術,還研發出注漿與強力錨桿等等這些支護技術,同時,在具體的采煤工作中我們需要結合施工巷道的實際情況,因地制宜的采用相應的支護技術。
6 結論
通過上文的論述我們可以得知,由于我國的地質特點,我國的煤礦開采途徑主要是通過井工挖掘這一方式進行,此時為了更好的進行井下作業,我們需要挖掘足夠的并且安全的巷道。這對支護技術提出了很高的要求,筆者根據這個背景,在本文中對支護技術的背景以及發展作出了簡要介紹。可以得出的結論是支護技術的發展很大程度上提高了我國煤炭企業的經濟效益,減少了煤炭施工事故,保證了施工人員的生命財產安全,使我國煤炭企業的經濟實力越來越強,發展的越快越好。
參考文獻
[1]王金華,康紅普,高富強.錨索支護傳力機制與應力分布的數值模擬[J].煤炭學報,2008(1):33-36.
關鍵詞:煤礦巷道;錨桿支護;技術應用
development, along with the rapid development of tunneling technology and increasingly widely used, coal roadway bolt support promotion smoothly, coal roadway bolt support of the stress and supporting effect has been big ascension. This article mainly aims at the coal mine roadway bolt support principles, advantages of a matching elaborated, and based on this, discusses the application of coal mine roadway bolt support existing problems, and finally puts forward some coal mine roadway bolt support ascension of the application of the measures, looking forward to guide our coal roadway bolt supporting applications.
Keywords: coal mine roadway; Bolt support; Technology application
中圖分類號:F407.1文獻標識碼:A 文章編號:
我國煤礦巷道的錨桿支護的應用開始于建國初期,到目前已經有60多年的歷史。
煤礦巷道的錨桿支護的優勢分析
煤礦巷道的錨桿支護原理
為穩定煤礦巷道,避免發生巷道的圍巖變形或是塌垮,一般煤礦巷道在掘進之后要采取支護措施。而現在煤礦巷道的錨桿支護得到了一定范圍內的應用。其支護原理是錨桿作用于圍巖產生支護作用,分為組合梁和擠壓加固拱兩種支護作用。
煤礦巷道的錨桿支護多是采用樹脂端頭錨桿固型,使用樹脂粘結劑,在固化、加速雙重作用時把錨桿的端頭與巷道巖石粘合,等到凝合基本成型時,在另端擰螺帽,在擰螺帽時要加墊板,錨桿以此方式作用于圍巖,產生壓應力進而提升了圍巖的受力程度,從而起到使圍巖強度提升,穩固且不易發生移動。
2、煤礦巷道的錨桿支護的優勢
在煤礦巷道的錨桿支護與舊式的棚式支護比較起來具備明顯的技術優勢:煤礦巷道的錨桿支護技術含量高和經濟實用;煤礦巷道錨桿支護是主動開展的支護,安裝時能夠根據現場的情況進行相應調整,可以隨著圍巖提供的軸、橫兩個方向及提供支護阻力;煤礦巷道的錨桿支護能夠依照適應圍巖的形狀,有效增加支護阻力,加大了煤礦巷道圍巖的承力,增加了圍巖強度的同時降低了圍巖的變形機率,能夠有效、長期保證圍巖持續穩定使用,使煤礦巷道的錨桿支護維護變得簡單。
煤礦巷道的錨桿支護的圍巖發生變形的機率比原來的棚式支架支護要降低50%以上;煤礦巷道錨桿支護時安裝所用的材料體積和重量都比棚式支架支護要小、要輕,在安裝的過程中使材料的運輸成本大大降低,既減輕了安裝人員的工作量,又使得錨桿支護的安裝效率大大提高;煤礦巷道的錨桿支護因為不需要安裝棚腿和頂梁,所有增大了煤礦巷道的的空間使用面積,明顯減少煤礦巷道內的通風阻力,使安裝工序和支架、設備的工作效率大幅提升;煤礦巷道的錨桿支護在回采面端頭不需撤棚,節省、簡化了工作管理程序;煤礦巷道的錨桿支護的維護維護費用低廉;可以有效、快速地提升煤礦巷道的掘進速度。
二、煤礦巷道的錨桿支護應用存在的問題
1、煤礦巷道的錨桿支護研發不到位
我國煤礦地質的軟巖地層很多,大多數煤巷道都會受到經常采掘影響而使得煤礦巷道的圍巖發生變形甚至塌落,這種情況嚴重時會使煤礦巷道的使用年限大為縮短,并隨之產生急需解決的問題。目前我國煤礦巷道的錨桿支護的研究開發未能在大變形巷道如發生高應力、軟巖等的支護上發揮有效的作用,這成了我國煤礦巷道的錨桿支護繼續發展的瓶頸。我國現階段把錨梁網、錨索和錨噴網應用于煤礦軟巖巷道的錨桿支護中,但對于不同的圍巖的錨桿支護的技術研發還是沒有新的技術性突破。
煤礦巷道的錨桿支護應用不廣泛
目前我國煤礦巷道的錨桿支護的應用還不普遍,與國外發達國家的煤礦巷道的錨桿支護技術相比還有較大距離。在煤礦巷道的錨桿支護應用約在兩成,而且主要應用于一類煤礦巷道。我國的煤礦巷道圍巖松軟,受到影響就會變形。現在煤礦巷道的錨桿支護所使用的剛性錨桿的固強能力不高,致使煤礦巷道的使用年限相比較短。而煤礦巷道圍巖只要發生50毫米的移動就是發生變形,變形時圍巖周圍就會裂開并掉落,且圍巖頂板和煤幫嚴重鼓出,錨桿的支護作用受到明顯影響,固巖層和巖體的錨桿受壓會發生脫落,致使煤礦巷道冒頂或坍塌,造成安全事故。煤層巷道的圍巖易發生大變形也是煤礦巷道的錨桿支護應用不廣泛的主要因素。
煤礦巷道的錨桿支護力度偏低
我國煤礦巷道的錨桿支護的初錨力、錨固力和工作阻力普遍不高,錨桿鉆機的扭矩是41-140Nm,而發達國家的錨桿鉆機扭矩則比我國的水平則高出130-240Nm,這樣明顯的技術差是我國目前無法達到的。為降低錨桿支護的螺母及托板的互相摩擦力,可以采取加添些塑料墊片及向節墊提升錨桿鉆機的扭矩數值,這樣使得錨尾螺母和錨桿的初錨力盡可能增大;我國煤礦巷道的錨桿支護所用的錨固劑與發達國家的技術差別也影響煤礦巷道的錨桿支護,要增大研發力度;我國安裝錨桿間距為0.7米左右,這樣的間距不夠理想,影響產煤時的生產效率。
三、提升煤礦巷道的錨桿支護應用的措施
1、完善煤礦巷道的錨桿支護技術
我國煤礦巷道的錨桿支護雖然有著豐富的理論研究成果,但卻未能把這些研究成果有效地運用到煤礦巷道的錨桿支護的實踐中。為完善煤礦巷道的錨桿支護技術,要深入研究煤礦巷道的圍巖壓力和錨桿支護理論,科學、合理地選取我國的煤巷錨桿支護的參數選擇和實踐形式,促進巷道錨桿支護技術得到高速發展。要學習國外先進的煤礦巷道的錨桿支護的技術和方法,結合我國煤礦巷道的錨桿支護實際情況,制定出適合我國的煤礦巷道的錨桿支護技術體系,有力完善煤礦巷道的錨桿支護技術。
2、提高煤礦巷道的錨桿支護監測技術
錨桿支護完工后要進入實施階段,要對其實際支護情況進行有效監測。要及時整理和分析監測錨桿支護數據,用其驗證錨桿支護設計是否合理、安全,對不合理的地方提出修正依據。我國錨桿支護的監測工作主要有:監測錨桿支護的表面位置移動值;使用頂板離層指示儀監測頂板巖層的位置移動值;監測錨桿的工作阻力等等。
加強監測技術要以測試應力測試作為基礎,依照現場監測的信息數值模擬進行動態設計,所得錨桿參數就是煤巷錨桿支護的最佳支持參數。平時要采用計算機及時監測支護情況,發現問題及時解決,以免發生重大坍塌事故。
3、加強錨桿支護人員的工作技能培訓
錨桿支護工作人員是煤礦巷道的錨桿支護工作的執行者,工作人員負責使用質量過硬的錨桿從事錨固和監測工作,工作人員必須有專業的知識和過硬的職業素質才能出色地完成錨桿支護工作。但目前我國的煤礦隊伍的工作人員素質普遍不高,對工作的監管措施不得力,使得煤礦巷道的錨桿支護工作質量難以提升。所以要想提高我國煤礦巷道的錨桿支護工作水平,必須要注重錨桿支護的技術人員及工人的專業技能的培訓,通過培訓提升其崗位工作經驗,促使其更好地開展錨桿支護工作。
4、提高錨桿支護的初錨力、錨固力和工作阻力
為提高煤礦巷道的錨桿支護工作效率,就一定要在提升錨桿的初錨力、錨固力和工作阻力三方面做足工作。提升錨桿的初錨力要使用技術先進的錨桿鉆具,在錨桿鉆機扭矩加大的基礎上提高初錨力;提升錨固力則要采用合適的錨固劑以提升錨固質量;提升工作阻力則是要加大錨桿的間排距,使煤礦巷道的錨桿有著預應力高和間排距大的錨桿支護體系,從而使煤礦巷道的錨桿支護能夠得到快速發展和廣泛應用。
參考文獻:
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[2] 張志兵.淺談煤巷的錨桿支護技術發展[J]. 中小企業管理與科技(下旬刊). 2012(01)
[3] 陰瑞祖.關于炮掘錨桿支護技術的研究及實踐[J]. 企業技術開發. 2012(01)
關鍵詞:煤礦;巖巷掘進;技術;管理
前言
煤炭的開采技術與管理對于煤礦的發展至關重要,其不僅影響到煤礦的經濟效益,同時也關系到經濟建設的發展進程。現階段,在煤礦生產過程中,巖巷掘進是重要的生產手段,尤其是在新井中大約占據了總工程量的一半左右。在經濟建設快速發展的形勢下,對于煤炭的需求量逐步提升,所以需要礦井不斷的提升產量。由于礦井開采都是在戶外進行,生產條件非常艱苦,所以對巖巷快速掘進技術提出了更高的挑戰,而地質狀況的復雜度也增加了巖巷快速掘進的難度。在巖巷快速掘進技術中只有不斷地提高開拓的進尺,才能夠保證產量的提升,這就需要技術人員對現階段的掘進技術進行深入的研究,分析掘進技術與管理中存在的問題,然后提前做好應對措施,為提升礦井的經濟效益創造有利的條件。
1 巖巷掘進存在的問題
在礦井的巖巷掘進技術方面,受到地質條件的影響較大,為了提高礦井的生產效率,半煤巖巷的進尺不斷地加深,由此極大的增加了掘進的難度。近些年來,巖巷掘進技術主要以傳統作業方式為主,利用一炮掘存在很多的技術與管理弊端,在出煤方式上不夠合理,并且所使用的設備比較落后,嚴重的影響到掘進的工作效率。同時在作業的過程中,工作面范圍較大,工作人員數量多,對于安全管理極為不利,容易出現安全事故,這也是我國煤礦生產中比較關注的問題。在開采面逐漸向下延伸的過程中,地質條件越來越復雜,受到掘進技術與設備的限制,煤礦產量受到很大影響。所以為了提升煤礦掘進技術水平,在大型煤礦企業中,已經廣泛地應用了綜合機械化采煤技術,利用先進的自動化設備,不僅減輕了工作人員的勞動強度,并且極大地提高了生產效率。而在巖巷快速掘進采用機械化作業后,也面臨各種難題,需要進一步地采取應對措施,下面提出詳細的解決措施。
2 采取的措施
2.1 應用光面爆破技術
60年代中期,我國開始了光面爆破、預裂爆破的試驗和推廣。70年代初,光面爆破技術在礦山工程、水利、地下建筑施工中已廣為應用,特別是光面爆破與錨噴支護相結合后,已成為井巷工程中的一項重大技術改進。對掘進速度、降低材料消耗、減輕體力勞動,保證施工質量和安全方面,都產生了明顯的經濟效益和社會效益。近30年來,我國礦山和地下工程中采用光爆錨噴支護技術的范圍也越來越大,并顯出了它的優越性,概括起來有以下三點:一是光爆錨噴施工質量好,減少了圍巖的位移、松動和破壞,增加了安全性。二是減少超挖、節約材料,降低了成本。三是效率高、便于機械化、減輕勞動強度。光面爆破法的實質,是采用特殊的裝藥結構,選擇合理的光爆參數和起爆次序,使開掘的巖石壁面平整和光滑。
2.2 提高支護能力
巖巷開挖后必須及時地對圍巖進行支撐,以防圍巖不能承受壓力而變形和防止破碎的巖石冒落而影響使用和安全。目前,我國正大力推行以錨桿支護為主的聯合支護方式。錨桿支護是通過錨入圍巖內部的錨桿,改變圍巖本身的力學狀態,在巷道周圍形成一個整體而由穩定的巖石帶,利用錨桿與圍巖的共同作用,達到維護巷道的目的。它與架棚支護相比,錨桿支護有很多優點:比如節約坑木和鋼材;降低支架成本;掘進斷面小;巷道變形小;維護費用低;工作安全;錨桿輕便,可以減輕工人的勞動強度;可以減少通風阻力;有利于一次成巷施工和加快掘進速度;使用范圍廣,適應性強。但是錨桿不能預防圍巖風化,不能完全防止錨桿與錨桿之間裂隙巖石的剝落。因此,應配合其他的支護方式,如錨噴支護。錨噴支護技術是近年來發展速度最快,適用范圍最廣,技術經濟效果最明顯的技術。錨噴支護從穩定的巖石巷道到松軟破碎帶內的巷道、從靜壓巷道到動壓巷道、從采區上山到回采巷道都得到普遍應用。同時錨噴支護也成為巷道維修的重要手段。
2.3 優化運輸系統
在以往的巖巷掘進技術中所采用的運輸方式主要是以扒裝機、絞車以及電瓶車的方式,這些運輸方式不僅效率較低,并且存在較多的安全隱患,不利于巖巷掘進的管理。所以為了提高巖巷掘進技術和管理水平,改善運輸方式是重要的環節,在對現有的狀況進行綜合分析后,可以使用膠帶輸送機,不僅能夠有效的提升生產效率,并且可以杜絕很多安全事故的發生,其表現的優點主要有以下幾個方面:第一,在與同等能力的絞車相比膠帶輸送機具有極強的可靠性;第二,膠帶輸送機采用的是自動化集中控制的方式,在維護方式上也相對便于操作。因為參與作業的工作人員少,不僅減少了運輸成本,并且提高了運輸的安全性;第三,膠帶輸送機的構成比較節湊,所使用的配件組成比較少,所以在運輸的過程中耗能少,能夠達到節能降耗的目的;第四,膠帶輸送機的運輸方式進行了優化,在上層可以運矸,下層可以運料,此種運輸方式能夠實現矸石的連續運輸,大大地降低了人工的勞動強度,并且有效地提高巖巷掘進管理的安全性。
3 掘進工作面工程質量管理
在改善巖巷快速掘進技術的同時,還要加強對工作面的工程質量管理,確保工程優質高效的完工。要想保證巖巷掘進的快速而安全,除了具有優秀的成巷施工方案外,還應該制定科學合理的管理方法,現階段,正規循環作業應用的比較廣泛,并且在實踐中取得了很好的效果,其不僅能夠提高巷道的施工效率,并且可以對整個進程進行全面的掌控,為提高巖巷快速掘進管理水平提供有利的保障。質量管理是生產能夠安全進行的重要基礎,所以在工作面的管理中應該高度重視對人員的質量管理,定期組織質量管理培訓活動,強化工作人員的質量意識,嚴格按照規范標準的要求操作。在實際生產的過程中,應該井巷工程的種類較多,所以生產方式也各有不同,在質量管理的過程中,應該根據實際狀況制定相應的管理措施,將各項規章制度貫徹落實,消除各種不安全因素,確保巖巷快速掘進技術的發展,提高礦井的生產能力。
4 結束語
煤礦生產為我國的經濟發展提供了重要的能源保障,為了滿足經濟建設的需求,在煤礦采掘技術方面需要不斷地提升和改善,提高煤礦的生產效率。巖巷快速掘進技術是現階段礦井生產中主要應用的生產手段,而在巖巷作業過程中,會受到多種因素的干擾而影響到生產的進程,所以需要制定相應的措施進行改進。在改進巖巷快速掘進技術的過程中,還要充分地考慮到安全管理的問題,確保煤礦生產安全有序的進行,為我國社會經濟的發展奠定堅實的基礎。
參考文獻
[1]李健偉.煤礦巖巷快速掘進技術與管理[J].科技資訊,2012(21).
[關鍵詞]煤礦軟巖 巷道支護 技術問題 分析研究
[中圖分類號] F407.1 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X(2015)-9-374-2
0引言
軟巖巷道是指與塑性大變形工程巖體有關的巖體工程,煤礦軟巖巷道也就屬于其中的一種形式。煤礦軟巖巷道的支護一直是困擾煤炭發展的一個大問題,亟待解決。隨著科技的發展和技術的進步,國內外專家學者通過現場實踐、實驗室模擬等手段在軟巖巷道支護方面已經取得了很大的進步。在新形勢下,特別是隨著煤炭價格的下滑和煤礦企業效益的腰斬,如何合理的選擇軟巖巷道的支護形式至關重要。如果選擇不恰當有可能會出現資金浪費等現象,更有甚者,甚至會造成巷道支護強度不夠,影響安全生產等事故。所以作為煤炭生產者,更應根據整個礦井實際,合理的選擇支護形式。本文主要依據軟巖的基本特性和近期科學研究成果,以高強度錨桿、錨注技術及聯合支護形式作為實例,向大家介紹在軟巖巷道支護方面的內容。
1軟巖工程簡介
工程軟巖是指在工程力學的作用下產生顯著的塑性變形的工程巖體,目前比較流行的軟巖定義是按照軟巖的軟、弱、松、散等的特征進行定義,但是在工程上對軟巖不僅強調軟巖的強度特征還強調軟巖的工程載荷情況。對在這種巖石基礎上進行的施工稱之為軟巖工程。進入煤礦礦井,礦井軟巖種類的不同,直接影響到巖石的強度特征、泥質含量、結構面特點以及塑性變形力學特點。我們可以根據性狀將軟巖分為四大類,如下表:
在工程施工過程中,必須根據施工現場的軟巖形式選擇合理的支護手段。不能盲目的隨意選擇,否則就會造成支護強度不高或者支護質量過高等不合理現象。
2軟巖巷道工程支護的不足
上個世紀60年代,軟巖的理論技術取得了長足的進展,為煤炭、采礦、地下建筑等工程施工提供了寶貴的科學基礎。但是因為各方面的因素,軟巖巷道施工在理論、設計、技術上仍然存在很多缺點,繼續我們改正,下面我們列舉幾個方面:
(1)軟巖工程推廣不徹底。目前來說,對軟巖技術有充分掌握還是少數,大多數的基層生產單位還是憑借經驗進行支護,當掘進過程中越到軟巖,仍然使用傳統的老辦法進行應付,支護質量不好,如果支護形式被破壞,那么就重新的維修。這種老舊的作業理念不僅浪費工程時間,增加工程費用,對人員的安全也是一種威脅,必須要進行淘汰。
(2)項目施工地質資料不足。在一些不具備條件的小煤礦中,地質資料稀少。工程人員無法對前方的巖石屬性進行預判,特別是對膨脹性的軟巖進行預判,這樣就造成在設計巷道支護時的盲目選擇,最終造成支護質量不過關。
(3)軟巖地應力測試方法不足。現在,對軟巖的地應力測試方法主要還是觀察礦區附近的構造和軟巖工程變形破壞的程度來衡量對,構造地應力的測定還沒有很好的方法。有些單位在較硬巖石上進行鉆孔進行測定巖石地應力,但是得到的誤差還是較大,所以,在地應力的測定上,科技人員還應加強研究。
3軟巖巷道的支護形式及分析
3.1煤礦軟巖巷道常見的支護形式及不足
我們根據常見的軟巖巷道支護形式,通過分析他們的優缺點。從而找出改進軟巖巷道支護形式的方式方法,為軟巖巷道支護方式的完善提供基礎,下面列舉幾種常見的軟巖支護形式。
(1)整體性剛性支護。在煤礦軟巖支護中,整體性剛性支護有全封閉鋼支架支護、現澆混泥土鋼筋支護、整體模板支護等三種形式。整體剛性支護解決不了巷道圍巖與支護支護之間的矛盾,雖然支護的剛度增大,但是隨著巖石壓力的增加,支護的變形和破壞情況并沒有得到解決。
(2)剛性加柔體墊層支護。這種支護形式主要包含原料砌碹加縮層或者條帶碹等形式,這種支護形式不僅具有一定的支護強度而且還具有一定的可伸縮性。但是不足之處在于砌體本身較大,能夠允許的變形很小,對軟巖巷道這種大變形巷道不適應。同時該施工方案施工成本高,且速度較慢,不利于煤礦的生產任務完成。
(3)U型鋼可縮性支架支護。這種支護形式是根據軟巖的膨脹性特點設計出來的。這種方法主要用在膨脹性巖體、斷層等地帶的支護。這種支護形式不僅可縮性良好,而且具有很好的承受力和支撐作用。當巖石下沉、壓力增大時,作用在支架上的作用力和圍巖的移近量成反比,也就是說在一定條件下,支架收縮,支架上的載荷反而降低。這種方式比較適合于現在煤礦的生產,但是這種支護形式也有其不足之處。主要表現在U型鋼的支撐力不能均勻的分布在架身上,由于掘進過程中,U型鋼周圍難免形成很多空洞,這就使得支架和巖石的接觸是一些點和塊,不會整體和支架接觸。還有這種支護形式需要的鋼材量十分巨大,生產成本高。
(4)錨噴支護。錨噴支護是對軟巖巷道支護的比較合理的方式。煤礦支護進場將錨桿支護作為主動支護使用,但不是所有的錨桿都屬于主動支護。主動支護或者被動支護主要的區別在于支護的體能能否主動給圍巖以預緊力。煤礦工人在安裝錨桿時,必須給錨桿施加足夠的預應力,這樣不僅可以消除錨桿的初始滑移,而且還可以為周圍巖石提供預緊力,從而降低受拉巖石拉截面的拉應力。
3.2軟巖巷道支護新技術
下面我們主要介紹三種新的軟巖巷道支護技術:超高強度螺紋鋼錨桿支護,錨注支護、聯合支護。我們針對這三種支護形式的優點和創新點進行分析。
(1)超高強度螺紋鋼錨桿。這是一種利用超高強度螺紋鋼錨桿支護為圍巖提供支護阻力的方法。這種方法比一般普通錨桿支護力提高三倍。可以大大降低巷道圍巖離層、離析等的發展。同時,可以在作業中使用高強度和超高強度螺紋鋼錨桿實現全長錨固,從而降低巷道圍巖的大變形和移動,保護巷道頂板的穩定。
(2)錨注支護。單純的使用錨桿技術難以控制軟巖巷道的位移。軟巖巷道一般頂板破碎面積大,錨桿支護難以使大面積的頂板破碎巖石完全處于受壓狀態而形成組合拱。在軟巖巷道支護過程中,我們可以利用錨桿兼注漿管,實現外錨內注,錨注一體化,是保證解決破碎軟巖巷道支護的一種形式。錨注支護有下面幾個好處。
①在節理發育的軟巖巷道中,通過注入混泥土可以改變圍巖的破碎狀態,提高巖石的整體性和自身圍巖強度,從而達到支護目的。
②利用注漿錨桿注漿。這種方式可以有效的利用混泥土堵住頂板裂隙,隔斷空氣、防止圍巖受到水、風的侵蝕,降低圍巖受地質作用力的影響。
③錨注支護后可以為錨桿提供可靠的主力基礎,充分發揮錨桿的作用,注漿加固可以實現全長錨固,提高錨注效果。
④錨注支護可以提高巷道圍巖破碎巖石的強度和彈性變形量。在松動巖石中,巖石的強度和變形量主要是受破損巖體面影響,導致巖石強度和變形范圍降低。但是,當使用混泥土進行錨注后,由于液漿的粘接力,可以顯著提高巖石的強度,為保證巖石的穩定性提供基礎。
⑤錨注充實了破碎孔隙,保證巷道的頂板壓力均勻的分布在巷道周圍,避免了局部受力導致的不穩定或破壞。
⑥錨注混泥土填實孔隙后,在頂板處形成一個加固拱,這個拱和噴網層、錨桿壓縮等組成多層組合拱,加強了巷道的支護強度。
⑦錨注后,頂板的壓力可以轉移到拱周邊,分攤上部載荷,同時通過錨注拱兩邊的傳遞,可以將上方載荷壓力傳導到地下。
綜上所述,在節理地形、結構破碎松散、斷層等軟巖巷道,使用錨注支護時最佳的支護形式。但是對于含有大量的膨脹性礦物的巷道,錨注技術不能使用。
3.3聯合支護形式
聯合支護形式就是同時使用多種支護方式對同一地點的頂板進行支護,聯合支護的主要形式有:錨注加固、錨噴和U型鋼聯合支護、錨噴和注漿型鋼可伸縮性支架聯合支護法、三聯錨桿支護等支護形式。煤礦設計人員在選擇聯合支護時,必須根據現場的地質條件和生產作業形式,選擇合理的聯合支護方式。在這幾中聯合支護中,錨噴支護是性能優越、性價比最高的一種支護形式,應作為首要選擇。
4結語
綜上所述,煤礦應根據自身的發展選擇適當的方式進行軟巖巷道的支護。軟巖是一種十分困難的支護巖體,在進行支護過程中,必須滿足支護后有足夠的作用力改善頂板的圍巖狀態,使圍巖趨于穩定,從而提高圍巖的承載能力。隨著科技的發展,錨噴支護是我國巷道支護的發展方向,錨噴技術具有超高強度、可伸縮、全長錨固等優點,對軟巖巷道的支護效果明顯。所以,在以后的工作中,我們應廣泛使用錨噴技術,提高巷道的支護質量,為煤礦的安全生產墊定基礎。
參考文獻
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關鍵詞:井巷工程;冒頂;超前支護;頂板控制
Abstract: the roof caving accidents is one of the main production in coal mine disasters. Roof accident risk falls, is caused extremely easily casualties, equipment damage, suspend production accidents. This paper describes the coal mine collapse of the roof caving roadway construction leakage prevention and treatment measures.
Keywords: alley of engineering; Roof caving; Advanced support; Roof control
中圖分類號:TD26文獻標識碼:A 文章編號:
在煤礦,冒頂事故常有發生。夾在巖石中的煤采完后,頭頂上的巖石叫頂板。頂板垮落,叫冒頂。如果冒頂傷亡了人,就是冒頂事故。一般情況下,頭頂 的巖石用支柱支撐著,大煤礦用金屬支柱,小煤礦用木支柱。有支柱支撐著,頂板不會垮;只有支柱不及時或支柱沒有垂直或沒有頂實,才會發生冒頂事故。由此可見,預防井巷冒頂,重視井巷漏垮冒頂處理是十分必要的。
一、煤礦漏垮冒頂事故預防對策
1.認真研究工作對象的地質構造和頂板特性,做好預測預報工作
認真編制工作面作業規程,針對工作面地質條件,制定詳細的地質說明書和頂板控制措施;根據生產情況的變化,及時提出修改和補充措施;遇到地質條件特殊地段,如斷層、褶曲、擠壓帶和頂板特別破碎地段,要采取與之相適應的特殊支護方式。
2.科學合理地進行開拓設計
井巷工程設計過程中,避免在地質構造線附布置巷道, 因為垂直于地質構造線方向的壓應力最大,是巖體產生變化和破裂的主要因素;要避免在斷層、節理破碎帶、泥化夾層等地質構造軟弱面附件布置巷道。圍巖的次生應力與原巖應力和測壓系數有關,應將巷道布置在頂板壓力不會太集中、頂板穩定性較好的部位。
3.強化安全管理及生產技術管理
技術人員要觀測摸索礦區不同巖石巖移的規律,掌握頂板情況,在構造帶附近的井巷工程、掘進面巷道交叉口等地點,要制定與之相適應的防范措施,加強支護;管理人員要經常深入生產第一線,明確生產職責,及時發現解決頂板問題;礦井要建立群查、群防、群治的頂板控制制度,使一線工作人員及時處理頂板問題;施工中根據煤巖特征,合理布置炮眼,控制裝藥量,避免人為造成圍巖破碎引起漏垮冒頂事故。
4.合理選擇支護形式, 切實抓好支護質量
針對不同的地質條件,選擇合理的支護形式,是保證巷道穩定的重要因素。在壓力大、圍巖破碎地帶過大開挖巷道圍巖,會造成巷道松動圈增大,基礎破壞,巷道圍巖失去自承能力
二、井巷漏垮冒頂處理方法
當圍巖壓力增大時,可能出現巷道變形、斷面變小、支架折損或頂幫漏煤(巖)塊等現象,甚至發生冒頂。出現這些情況時都必須及時進行處理。如果處理措施不當,就可能延緩處理時間,使小變形變成大變形,小冒頂變成大冒頂,維修和處理難度加大,甚至發生人員傷亡事故。
1、井巷漏垮冒頂事故緊急處理措施:
(1)在發生漏頂地段,現場人員要冷靜,處理問題要果斷,要立即停止工作面其他工作,迅速把漏頂區維護好。漏頂區以外支架初撐力達到24Mpa以上,卡口,防止漏頂區擴大。
(2)要及時停止采煤機、運輸機,并閉鎖,不經作業現場人員同意不得開機。
(3)割煤過程中,采煤機司機要密切注意觀察冒落區頂板的情況,以防冒落矸石傷人,拉架工要及時拉架,及時升直前探梁和護幫板,起到擋矸的作用,盡量不要讓大塊矸石掉入機道內,嚴格執行“帶壓擦頂移架”,并伸出前探梁、護幫板及時支護。
(4)在處理漏頂區頂板時,要安排有經驗的老工人觀頂。觀頂人要注意頂板及煤壁的動靜,發現問題及時通知作業人員撤離或處理。
(5)人員不能站在漏頂區正前方,人員進入煤壁側作業前,要清理好退路,用長柄工具處理掉可能掉落的煤與矸石,嚴格執行“敲幫問頂”制度。
(6)工作面乳化液泵工作壓力≥30Mpa,液壓支架前立柱初撐力≥24Mpa。
(7)倒架的配合單體液壓支柱及時修復扶正,提前往前靠支架,且煤機速度放慢,減少煤量防止機電設備故障延誤處理漏頂的時間。
(8)乳化泵要保證兩泵正常使用,一用一備,保證24小時正常使用。
(9)自動落架的支架用單體點柱在支架頂梁下維護好。
(10)加強綜采工作面的設備檢修,特別是煤機、溜子、裝載機、破碎機,從而保證綜采設備能夠正常運行。
(11)處理冒頂期間,調度室要組織相關部門進行跟班作業,現場指揮,確保施工安全。支架前腳及架間矸石必須清理干凈,大塊矸石必須破碎至300mm以下,破碎時進入溜子前必須閉鎖溜子、煤機。
2、井巷冒頂后工程處理
(1)控制冒頂范圍擴大防止和減弱大面積切冒危害的原則是改變巖體的物理力學性質,以減小頂板懸露及冒落面積,減小頂板冒落高度,降低空氣排放速度。一是用坑木裝頂,控制頂板垮落;二是噴漿,可以弱化頂板和擴大巖層中裂隙以弱面的作用。
(2)局部繞灌混凝土充填井巷冒頂空間大,高度5~6米以上,裝頂控制頂板難度較大及無法操作,混凝土砌拱過冒頂區,按正規的程序作業施工困難,基礎無法先挖。必須根據空間掌握,能施工拱體或墻體先局部澆灌上混凝土。冒頂區附近圍巖往往壓力大、破碎。為保證新施工繞灌的砌體有一定抗壓初撐力,一般都使用軌拱,或型鋼做骨架。最后逐步對砌體不完整的部位進行修整完善。
(3)加強冒頂處維護,頂板停止冒落且穩定后,先觀察頂板并敲幫問頂,清理好退路,處理掉活矸,然后再進行維護。先用單體支柱配合大板(或長鐵道)沿工作面走向支設好臨時抬棚,抬棚保證一梁三柱,在抬棚上使用合適的木料架設木垛,并要求裝實頂擠實幫;在確保安全無誤后,方可降架;移架時要保證支架頂梁將抬棚后端托起;走向大板的前端要求能擔起擠幫的傾向大板(或鐵道),后端在支架上方不得少于0.6m,然后再升實支架。升架后要保證支架高度,相鄰支架間錯茬不許超過規定。
3、加強支護技術的措施
加大頂板錨桿的強度,原則上錨桿直徑增加2mm,如錨桿直徑超過22mm,則改用更優的材質。(3)A>A,D>D或E>0.7E(頂板錨桿)。
(1)加強頂板支護的技術措施:
一是加大頂板錨桿黏結段長度,提高錨桿黏結力;二是減少頂板錨桿間排距,原則上每排先增加一根錨桿。(4)AB。五是加大頂板錨桿長度,原則上先增加200mm。
(2)加強兩幫支護的技術措施:
一是加強錨桿,原則上每幫先增加一根,或在兩幫和等角注漿,防止錨固區外頂板離層;二是頂板打錨索。3.3.2.3兩幫存在的問題。三是加大兩幫錨桿的強度和長度,增加兩幫錨桿黏結段長度,提高錨桿黏結力;原則上直徑先增加2mm長度增加200mm;如錨桿直徑超過22mm,則改用更優質的材質。四是減小兩幫錨桿間排距,原則上每排先增加一根錨桿。根據現場監測結果及時對初始設計進行分析研究,判斷其是否需要進行修改,并對修改的設計繼續進行監測與監控,使之趨于完善
四、結語
總之,要想管理好頂板,首先要掌握清煤層地質構造、特性,圍巖保持了較好的完整性,頂板未發生離層,表明錨網支護結構是可靠的,支護參數是合理的。
由于錨桿、錨索、網、鋼筋托梁及Π形鋼棚加強支護已經形成一個有機的支護結構,在縱向橫向都能相互制約,從而能夠有效地抑制圍巖的變形。假如局部薄弱地段有可能出現諸如離層、冒頂等問題,可以通過礦壓觀測監測到,及時采取措施,是能夠避免的。針對實際,采取合理的支護形式,施工時要按章作業,加大管理力度,杜絕偷工減料、違章行為的發生;同時,對薄弱環節、重點地點重點監控。
煤礦井巷工程施工頂板冒頂事故災害的預防和處理,是生產施工管理過程一項不可避免的工作,影響到礦井安全、生產、效益多方面。
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