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有关软岩煤层安全掘进支护的研究

2020-05-07 197 上传者：管理员

摘要：以软岩煤层安全掘进支护技术为对象开展探究，结合具体工程实际，在分析矿井原支护方式不足的基础上，对掘进巷道的支护设计开展综合分析，并对其实践应用效果做出检测。结果表明，改良后的方法实现了对掘进巷道的安全支护，为矿井综合效益的提升提供了有力支持。

关键词：
掘进支护
矿井
能源资源
软岩煤层
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软岩煤层作为一种特殊的煤层赋存形式，在进行掘进作业时，受软煤特殊地质条件的影响，常规的掘进支护方式难以实现对软岩煤层掘进巷道的有效支护，使得巷道顶板时常出现各类事故，从而对井下生产的有效衔接和作业安全构成了严重威胁[1]。有鉴于此，开展针对性的分析探究，总结设计具有针对性的巷道支护技术，实现软岩煤层掘进的有效支护，对于矿井长久发展意义重大。

1、工程概述

A矿井下主采17#煤层，煤层厚度均值3.2m，倾角均值16°，选用一次采全高回采工艺，作业面上部直接顶为粉砂岩与泥岩混层，整体稳定性差、强度小，极易风化破碎。通过钻孔勘探可知，煤层直接顶砂质泥岩质量指标超过50%，为典型的松散软岩，稳定性极差。11701作业面为该煤层回采作业面，其巷道掘进过程中存在显著的地压显现现象，导致围岩变形量大，速度快，巷道维护难度高。

2、巷道掘进支护优化设计

2.1巷道原支护方式

11701作业面巷道断面采用斜梯形设计，初始设计采用“锚杆+金属网+W型钢带”的联合支护工艺，其中，锚杆选用直径22mm的无纵筋锚杆，W型钢带型号为WD280-2.8，金属网采用15mm×15mm的菱形金属网。图1即为掘进巷道初始支护示意图。

图1掘进巷道初始支护示意图

为了进一步加强支护效果，还针对作业面采用配套的临时支护，即选用3根前探梁长度4000mm的14#槽钢，并为每根槽钢配套3个卡缆和相应的螺帽，将槽钢全部悬吊在顶板锚杆的末端。接着在前探梁上布设尺寸（长×宽×厚）为4200mm×200mm×50mm的木质背板，从而构成完整的临时支护体。图2即为临时支护平面示意图。

初始联合支护工艺的优势是施工工艺简单[2]，支护耗材相对较少，且支护速度较快。但是，其在实际使用中并不能很好地控制顶板冒落现象，因此，需要对原有的支护方式进行优化改良，从而更好地提升支护有效性，为生产安全提供保障。

图2原始临时支护平面示意图

2.2优化设计分析

针对原本巷道掘进中所采用的锚网带支护工艺使用中存在的不足[3]，为更好地确保掘进作业的安全，设计将巷道断面由原来的斜梯形转变为半圆拱形，并对巷道的永久支护和临时支护进行全面优化改良。其中，永久支护改用U型棚支护，U型棚选用型号为29U型的U型钢制作而成，棚腿与梁之间的搭接通过三道卡缆完成，卡缆上中下分散布置，卡缆间距为150mm。U型棚架与巷道轮廓线间的空隙使用半圆木充填，显著改善受力效果，也就是搭接处卡缆螺帽扭转力矩不小于350N•m，从而确保支架能够拥有充足的初撑力，并可结合实际情况进行适度的二次预紧。图3为改进后的巷道断面积支护示意图。

图3改进后的巷道断面积支护示意图

采用改良的半圆拱巷道断面形式与U型钢棚支护技术，可以使支架的受力尽可能均匀[4,5]。同时，因为U型钢具备更强的可伸缩性和可靠的承载性，能够更好地贴合松软围岩变形。伴随着掘进作业的持续推移，当作用于U型支架上的围岩压力大到特定数值时，支架会出现压缩现象，以便更好地适应围岩的变化情况，进而使得围岩直接作用在U型钢支架上的压力大幅降低，使得围岩压力小于U型钢的承载极限，避免破坏U型钢。

在对巷道断面形状和巷道永久支护形式进行优化改良时，对巷道临时支护方式也进行了针对性的改良优化，改进后的临时支护使用3根长度为4000mm的Q2353型轻轨作为前探梁，单根轻轨通过3个卡缆吊挂在U型支架上，同时为前探梁配用长度与前探梁相等的半圆形钢筋网，所用钢筋直径为10mm。各钢筋网之间通过柔性塑料绳等距连接，从而构成连贯的柔性钢筋网。

对掘进巷道临时支护实施改良优化时，针对现场作业中作业人员在架棚中出现冒顶多伤事故的情况，对架棚上梁工艺实施优化改进，通过杠杆进行上梁作业。杠杆体选用直径45mm的圆钢制作而成，作业时，将上梁杆悬吊于固定完成的U型支架上。对U型支架进行架设作业时，先由2位作业人员将金属支架的顶梁布设于杠杆一端的梁卡上，另一人在杠杆另一端永久支护好的巷道内用力下压，可以轻易地将顶梁抬升到架棚作业所需的高度上，与此同时架棚作业的调整也十分便利。整体来说，这种临时支护作业的优势在于上梁作业时作业人员可以站在完成永久支护的巷道内进行相关操作，使得上梁期间即使发生了顶板冒落事故，也不会对作业人员的安全造成危害。此外，鉴于上梁杠杆的运用，上梁作业时对梁的调控也会十分便利。此外，由于前探梁选用轻轨作为制备原材料，其整体强度大幅增加，配设的柔性钢筋网在铺设与回收上也十分便利，便于施工操作。这一临时支护方式搭配相应的U型梁支护工艺，对于提升作业过程中的人员安全、加快掘进作业速率、降低煤炭生产成本有积极意义[6]。

3、井下实践分析

A矿在未对井下掘进巷道作业支护方式进行优化改良前，11701作业面巷道已掘进作业6个月，因其支护方式与煤层顶板稳定性无法有效匹配，导致掘进作业中冒顶事故频发，作业人员安全受到严重威胁，甚至在一天中多次发生冒顶事故，并且掘进作业速度较慢。而优化改良支护设计方式后，A矿11701作业面巷道掘进过程中出现顶板冒落的情况大幅减少，巷道掘进速率显著提高，作业安全问题明显改善。通过对支护方式优化前后相关数据的观测比对可知，优化后的支护方式实现了对顶板冒落的有效控制，掘进作业速率显著提高的同时作业安全性大幅提升，煤炭综合效益显著增加。

4、结语

软岩煤层作为井下生产中的一种特殊形式，针对其巷道掘进作业中的特点，探究具有针对性的安全支护技术，确保其巷道掘进作业过程中的支护安全，对于提升矿井掘进作业有效性，增加煤炭综合效益，实现采掘有效衔接意义重大，是矿井长久发展的必要举措。

参考文献：

[1]梁俊琦.回采巷道快速掘进及支护技术[J].内蒙古石油化工,2019,45(7):84-85.

[2]李小龙.软岩巷道掘进支护技术研究[J].机械管理开发,2019,34(9):209-210.

[3]常永军.软岩巷道掘进支护的设计分析[J].机械管理开发,2019,34(9):46-47.

[4]杨俊青.煤矿开采掘进中高强支护技术的应用[J].科技经济市场,2019(9):17-18.

[5]荆彦军.煤矿软岩巷道掘进支护技术探讨[J].当代化工研究,2019(7):17-18.

[6]田应江.富水软岩地层盾构机掘进技术[J].建材与装饰,2019(23):246-247.

张建光.软岩煤层安全掘进支护技术[J].能源与节能,2020(04):8-9+11.