特厚煤层超高煤帮的巷道支护技术探析

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  [摘要]:随着煤矿开采深度和厚度的增加, 巷道维护日趋困难, 尤其是随着资源的日益减少,人们开始转向更深的地下开采。特厚煤层超高煤帮的巷道支护技术有一定的难度,但为了开采时施工的安全,这样高难度、技术性要求较高的巷道支护技术就显得尤为重要了。传统的支护技术有支护强度和方式上的差距,继而造成支架或锚杆被动受压,不能充分发挥围岩自身的承载力,因此使得巷道片帮、冒顶,并且严重变形,这不利于煤矿的安全生产和经济效益的提高。因此,加强巷道支护技术的研究,选择适合特厚煤层超高煤帮的巷道支护技术,不仅是未来所面临的难点,甚至已是摆在面前的重大课题。
  [关键词]:特厚煤层 超高煤帮 巷道支护 发展趋势
  中图分类号:TD823.25+4 文献标识码:TD 文章编号:1009-914X(2012)26-0012-01
  一、特厚煤层超高煤帮的巷道支护技术设计原则
  目前,我国煤矿巷道主要以锚杆支护为支护方式,对于超高煤帮巷道支护技术应提出更高、更苛刻的要求。安全、有效、快速的巷道支护技术是保证矿井实现高产量、高效率的必要条件。锚杆支护在这类困难巷道建设中支护效果差,围岩变形大,破坏严重了支护构件,巷道安全得不到保证,严重威胁施工者的安危。为了充分发挥锚杆支护的作用,针对某煤矿具体地质生产条件,特提出以下几种设计原则:
  一次性支护原则,锚杆支护应尽量用一次支护就能有效控制围岩变形,避免进行二次或多次支护。在特厚煤层特高煤帮的实际條件之下,争取一次性支护,这不仅取决于开采的便利,还在一定程度上节约了工期,更重要的是保证施工以及深井作业的安全。为避免煤矿开采中的塌陷,造成不必要的人员伤亡和财产损失,应在巷道支护上多下功夫,尽量一次性支护,避免不必要的麻烦。
  高预应力支护原则,根据巷道条件确定合理的预应力,实现有效扩散是预应力支护设计的关键。锚杆预应力的扩散对支护效果起着决定性作用,真正的主动支护是高预应力的锚杆支护,只有这样才能充分发挥锚杆支护的作用。预应力是锚杆支护中的关键。高预应力锚杆支护主要起到防止围岩的断层、滑落、张开裂隙、产生新裂纹等变形,保证围岩的受压状态。要想使围岩称为支护的主体,就要防止围岩产生变形、弯曲以及断裂等现象的出现。高预应力就是高承受力,只有明确煤层的承受力才能保证施工的安全、有效进行。
  “三高一低”支护原则,在保证支护系统可靠性的条件下,坚持支护方式高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度原则。降低支护的密度,减少单位面积上受力面积,提高掘进速度,保障施工的顺利进行。
  相互匹配支护原则,锚杆各部件应与力学性能应相互匹配,包括螺母、钢带等的参数与力学性能、锚杆与锚索的参数要一致,从而最大限度地发挥锚杆的整体支护作用。
  煤矿煤层厚度大,煤帮高,巷道一般沿煤层底板掘进。因在地下作业,不像在地面上进行施工那么方便,设备需要一件一件拿下去。考虑到这些原因,巷道的段层面就需要开大点,以保证大型的设备也能弄进去,这样的情况就给巷道支护带来了较大的困难。
  二、特厚煤层超高煤帮的巷道支护技术方式
  1、锚网支护方式
  50年代以来,我国一直应用的是锚杆支护技术,但进入90年代以后,许多煤矿开采改变传统的棚式和砌体式支护的方法,开始使用锚网支护技术。这种新型的支护方式与普通锚杆支护相比, 技术上有了明显优势, 它不仅锚固力大,而且运用时间短, 这就有效地防止了巷道在开掘后由于顶板得不到及时支护而产生的离层, 而且钢网与钢带的组合作用,使整个支护结构连为一体, 成为一个牢固的组合岩梁, 充分发挥了围岩的自身承载作用。
  2、预应力锚索支护方式
  使用预应力锚索综合支护技术,对特厚煤层的墙壁进行加固。施工时先用钻机打孔,在插入锚索后接着注入水泥浆,最后用螺帽将垫板压紧。安装好的锚索从里向外分别为内锚固段、自由伸缩段和外锚段三部分。锚索施加预应力后,可提高支护刚度,对超高煤帮的围岩层有非常好的控制流变和加固作用。
  这种支护方式在一定程度上是对煤洞的承受力和承压的有效测试,在计算煤层所承受的压力后,我们能够从更多方面去考虑煤洞的承受范围,只有这样才能使煤矿的开采有序、安全、顺利的进行。
  三、巷道支护技术的发展方向
  随着开采深度的增加,矿井地压越来越大,巷道对支护技术的要求也越来越高。在特厚煤层超高煤帮的实施环境中,巷道支护技术应朝着安全、经济、合理、高效的方向发展。
  1、以安全为前提
  针对深部煤层破碎区地域压力大的特点,巷道支护必须迅速喷射混凝土,使之封闭并对其进行锚注支护,缩小间距,拉伸锚杆,减小锚杆相互之间的距离来增加巷道的支护强度。煤巷锚杆支护变形主要因为煤层自身硬且易碎的特点造成的,再加上巷道两边狭窄,如果按照实际情况重新设计支护参数,将会取得意想不到的效果。如果适当的加长、加密两面的锚杆,同时注意观测巷道的变形,最后根据巷道的变形的幅度预留一定范围内的空间,加强监督检查力度,保证支护效果。
  2、以经济为目标
  一支高素质高效率的施工队伍对一项工程的建设有着举足轻重的作用。在设计特厚煤层特高煤帮的巷道时,应选用符合该煤层特征的锚杆设备,尽量的节约预算,实现利益与安全的双赢局面。
  3、以合理为原则
  在第一次支护时,围岩并不稳定,而且变形大,造成巷道断面严重、收敛苦难。若以合理为原则的话,就应在第一次支护时留下一定的收敛空间,直到等到围岩稳定后,再进行第二次支护,当然前提是在第一次支护的基础上,这样的操作方式将起到很好的效果,支护的合理性也体现在此。
  4、以高效为准则
  巷道支护应注重底板及煤层帮角的保养,因为大多数巷道支护的损坏很大程度上是从帮基角度失稳开始的,加固管理巷道底板及帮基角,预防施工人员的偷工减料、图省事的心理状态。提高和改善预应力测试,在水平、垂直应力大小、方向等因素的影响下,根据预应力测试结果,确定巷道的布置和支护方式。
  四、特厚煤层超高煤帮的支护技术发展规则
  我国资源丰富,尤其是煤矿的开采是最主要的资源开采之一,煤也是与人们日常生活密不可分的。特厚煤层超高煤帮的巷道工程支护是一个复杂的问题,支护的成功除了取决于多种影响因素,还应有其合理的发展规则。
  不管什么样的支护技术,都要有一个详细的操作步,这项操作步骤的实施前提是以安全为前提,以合理为准则的。在特厚煤层超高煤帮这样一个条件下,应该规定详细的施工步骤,若偷工减料,不仅是对员工安全的忽视,更是一种不负责任的表现。在煤矿资源发达的地区,我们常常从新闻上看到瓦兹爆炸的报道,以至出现严重塌方,由此可以看出,这归根结底还是巷道的支护技术不到位。在煤矿开采中,巷道的支护技术不仅支撑着数以万计的生命,更是煤矿资源顺利开采的保障。
  研究特厚煤层综放开采工作,特殊开采条件下的安全保障技术,形成特厚煤层综放开采标准体系,旨在提高我国特厚煤层条件下的高效、安全、高回收率开采技术与装备水平,推动煤炭工业的健康和可持续发展。在未来的社会发展中,对于这样情况的地下作业,人们首先更多的考虑人的安全性,这不仅是“以人为本”价值观的外在表现,更是现代和谐社会的重要指标。
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