調(diào)研論文《淺談煤礦巷道支護改革》

PAGE淺談煤礦巷道支護改革摘要：通過分析梅子灣煤礦巷道支護現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外煤礦巷道支護改革的發(fā)展方向，以梅子灣煤礦的地質(zhì)條件為例探討了當(dāng)前煤礦巷道支護改革的原則，提出了不同圍巖條件下巷道支護改革應(yīng)采用支護形式的設(shè)想及應(yīng)注意的問題。關(guān)鍵詞：煤礦巷道支護改革引言梅子灣煤礦是多采區(qū)、多煤層、多水平開采且地質(zhì)條件復(fù)雜的老礦井，已有的5個采區(qū)已全部進入深部開采。井田深部地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、地應(yīng)力較大、礦壓明顯增大，巷道變形破損嚴(yán)重。尤其是穿過斷層破碎帶和受局部地質(zhì)構(gòu)造影響或軟弱巖層的巷道變形更大，掘后大多需整修數(shù)次，既浪費了大量的人力和支護材料，又不同程度地影響了生產(chǎn)，巷道支護改革迫在眉睫。一、礦井巷道支護現(xiàn)狀梅子灣煤礦的主采煤層大部分巷道布置在煤層中或在其頂?shù)装鍘r石中，支護形式因所在層位不同而各有特點。1、現(xiàn)有巷道支護形式生產(chǎn)用半煤巖巷道主要采用工字鋼梯形支架和大量的木支架。工字鋼梯形支架主要尺寸（梁長*腿長）為2.2m*2.6m。生產(chǎn)用全巖巷道根據(jù)巷道頂板的厚度不同和圍巖完整性不同分3種支護形式。拱形裸體巷道多用于頂板較厚、圍巖完整性好、巷道壓力小的情況下；兩幫砌料石墻、兩幫錨噴支護巷道多用于頂板中厚、圍巖完整性較好的情況下；礦用工字鋼梯形支架、木支架支護的巷道多用于頂板較薄、圍巖完整性較差、易冒落的情況下。開拓用全巖巷道多采用光爆錨噴支護形式，特殊情況下也有粗料石碹和少部分混凝土碹、鋼筋凝土碹或錨噴與支撐鋼聯(lián)合支護。2、對現(xiàn)有支護形式的評價礦用工字鋼梯形支架這種支架的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、施工安裝方便，較支撐鋼便宜，易于回收復(fù)用；缺點是剛性支架被動等壓支護、易變形損壞、巷道翻修量大，不適用于大斷面巷道和較大巷道壓力條件。礦用木支架這種支架的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、施工安裝比較方便；缺點是成本高，剛性支架被動等壓支護、易斷折損壞、巷道翻修量大，不適于回收復(fù)用，不適用于大斷面巷道和較大巷道壓力條件，建議全面停用礦用木支架。裸體支護即兩幫砌墻或錨噴的支護形式，其優(yōu)點是施工簡單、成本很低；缺點是只適于巷道圍巖非常穩(wěn)定的巷道。光爆錨噴支護這種支護形式的優(yōu)點是成本低、工藝簡單、操作方便、機械化程度高、施工速度快、效率高、易于及時支護、空頂時間短，尤其是不再消極地承受圍巖壓力，而是盡量保持圍巖的完整性、限制圍巖變形和裂隙發(fā)展、充分發(fā)揮巖體的自承作用、實現(xiàn)主動支護；缺點是每根錨桿因其長短、穿層角度和初錨力（錨固力）的不同而構(gòu)成一個小小的“隱蔽工程”。由于地質(zhì)條件的變化，材料質(zhì)量的波動、施工質(zhì)量不穩(wěn)定等因素的影響，會形成一些不安全隱患而又不易被檢查發(fā)現(xiàn)和及時采取措施。廣泛采用的長度為1500——2023mm縫管式錨桿，由于受巷道斷面、圍巖條件、鉆頭直徑與錨桿直徑配合參數(shù)、穿層角度、鉆眼工技術(shù)水平等因素的影響，致使在部分巷道支護效果極差。二、巷道支護改革應(yīng)遵循的原則1、安全原則巷道有效支護是保證開采的必要條件，支護改革必須首先滿足這一條件。由于地下作業(yè)的特殊條件和不同礦區(qū)的不同地質(zhì)條件，為了保證巷道支護的安全性，必須使巷道支護改革建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上。也就是說在選擇一種新的巷道支護形式時，要先搞試驗，再根據(jù)試驗結(jié)果進行合理；在試驗時按要求先作大量的基礎(chǔ)工作，如對試驗巷道圍巖條件的研究和測量、科學(xué)合理并有一定安全系數(shù)的巷道支護設(shè)計，符合設(shè)計要求的支護材料、完善的施工工藝、工序及安全技術(shù)措施；施工過程中還要認(rèn)真進行試驗巷道的礦壓觀測、研究和分析，隨時發(fā)現(xiàn)有可能造成不安全事故的問題，及時采取切實有效的措施、保證試驗安全進行；試驗結(jié)束后要認(rèn)真總結(jié)，使新的巷道支護形式不僅具有技術(shù)先進性，而且還具有現(xiàn)場使用的安全可靠性。2、效益原則巷道是煤礦生產(chǎn)的中間環(huán)節(jié)，降低巷道掘進率和巷道單位成本是降低原煤成本和提高企業(yè)經(jīng)濟效益的主要手段。巷道支護改革的目的就是要改進現(xiàn)有巷道的支護形式，降低單位成本；解決現(xiàn)有支護技術(shù)無法解決的高礦壓、大采深、大斷面以及“三軟”圍巖條件下巷道的有效支護。這就是要求新的巷道支護形式要有利于提高單進、降低消耗、減少巷道翻修量，有利于實現(xiàn)機械化作業(yè)和減輕工人勞動強度。三、巷道支護技術(shù)改革新趨向隨著采深的增加和礦壓的增大，目前的巷道支護形式和采用的材料、工藝、機具等已不能完全適應(yīng)生產(chǎn)的需要，巷道支護改革的新趨向應(yīng)是已日趨成熟和完善的錨桿支護技術(shù)大量用于回采巷道；對型鋼支架的物理特性和支架結(jié)構(gòu)進行改進，以改善支護效果。1、錨桿支護技術(shù)的新發(fā)展近年來，我國錨桿支護技術(shù)在巷道支護中得到廣泛應(yīng)用。從中等堅硬頂板（巷道圍巖穩(wěn)定性類別為1—2類）發(fā)展到松軟、破碎、復(fù)合頂板（巷道圍巖穩(wěn)定性類別為3——4類）；從較小巷道斷面（5m2——6m2）發(fā)展到大跨度（4.2m——5m）、大斷面（10m2——16m2）；從主要大巷、采區(qū)上下山、集中巷發(fā)展到工作面上下順槽乃至開切眼等全部采準(zhǔn)巷道，從單一錨桿支護發(fā)展到錨桿群支護、錨梁網(wǎng)組合支護、鋼帶及桁架式組合錨桿支護；從短錨桿支護（1.4m——1.6m）發(fā)展到長錨桿（2.1m——2.4m），乃至錨索支護；從端頭錨桿發(fā)展到加長錨固和全長錨固，特別是在一定條件下在回采巷道用錨桿支護技術(shù)取代金屬支架可以大幅度減少耗鋼量（約30%以上）和初期投資（50%以上），降低支護成本（20%左右），而且巷道開挖量減少、巷道斷面利用率提高、支護材料運輸量少、巷道翻修量小、工人勞動強度大大減輕。“三小”技術(shù)的進一步降低了錨桿支護巷道成本，提高了掘進速度。為了保證錨桿支護技術(shù)的健康發(fā)展，有關(guān)科研部門和生產(chǎn)廠正在就錨桿構(gòu)件（桿體、螺帽、托板）及錨桿施工機具現(xiàn)存的質(zhì)量不過關(guān)、壽命短、備件供應(yīng)不及時等問題也正在積極解決。2、型鋼支護技術(shù)的新發(fā)展支護型鋼調(diào)質(zhì)熱處理技術(shù)支護型鋼（U型鋼、礦用工字鋼）大多是20MnK和Q275鋼熱軋而成，其屈服強度分別335N/mm和275N/mm。由于這兩種鋼的強度水平較低，在受采動影響較大，特別是在采深大、圍巖松軟、礦壓顯現(xiàn)強烈的巷道中使用時，金屬支架的變形量大、損壞嚴(yán)重、使得巷道的維修量和維護費用非常大。為了解決這一問題，淮北礦務(wù)局和中國礦大根據(jù)國外的經(jīng)驗聯(lián)合開發(fā)了支護型鋼調(diào)質(zhì)熱處理技術(shù)。經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理的國產(chǎn)型鋼的屈服強度均提高了50%以上，U型鋼支架豎向承載能力提高50%以上，側(cè)向承載能力提高20%左右，極限承載能力提高30%以上；礦用工字鋼支架豎向承載能力提高40%以上，側(cè)向承載能力提高35%以上，極限承載能力提高近40%。調(diào)質(zhì)熱處理的能耗為270——290kW.h/t，噸鋼熱處理成本僅占型鋼5%——6%。梯形可縮支架剛性支架是井巷的傳統(tǒng)支護方式，型鋼支架代替木支架后強度有了明顯的提高。為了解決采深增加、壓力增大的問題，主要采取加大型鋼型號，隨著“讓壓”理論的提出，支撐鋼（U型鋼）拱形可縮支架也開始大量用于井巷支護。但是，由于這種型鋼型號大、造價高、加工難度大、施工安裝復(fù)雜等原因，至今沒有能夠完全替代礦用工字鋼支架。為了解決礦用工字鋼支架在使用中經(jīng)常摧掉柱帽、支架變形嚴(yán)重、巷道邊掘邊修、邊生產(chǎn)邊整修，既影響安全又造成很在浪費的問題，礦用工字鋼梯形可縮支架的研究和已成為近幾年型鋼支護發(fā)展的新趨向。四、合理選擇巷道支護形式的設(shè)想1、半煤巖巷道按《我國緩傾斜、傾斜煤層回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方案》分類為穩(wěn)定（Ⅱ類）、中等穩(wěn)定（Ⅲ類）、和不穩(wěn)定（Ⅳ類）3種圍巖類別。此類巷道既可以選擇組合錨桿支護，又可以選擇型鋼可縮支架支護，考慮到前面所述組合錨桿的諸多優(yōu)點，故在設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先選擇組合錨桿支護；但在施工前必須按有關(guān)規(guī)范進行組合錨桿支護設(shè)計，不能無條件地照搬其它單位和地區(qū)的設(shè)計。要注意做好巷道圍巖穩(wěn)定性的預(yù)測、錨桿組合形式的選擇、支護參數(shù)的確定、錨桿結(jié)構(gòu)及組合支護構(gòu)件的確定，制定合理的施工藝和安全技術(shù)措施以及在施工過程中加強監(jiān)測，嚴(yán)格把住施工質(zhì)量，在巷道使用過程中搞好錨桿支護的維修工作。在巷道圍巖穩(wěn)定（Ⅱ類）壓力顯現(xiàn)不明顯、巷道跨度不大（小于3m）、支架變形損壞很小時也可以選用礦用工字鋼梯形支架（剛性）；在巷道圍巖不穩(wěn)定（Ⅳ類）、過斷層及其它地質(zhì)構(gòu)造而出現(xiàn)圍巖破碎時，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況將組合錨桿支護改為礦用工字鋼梯形可縮支架支護或U型鋼拱形可縮支架支護。2、高煤層中及圍巖極不穩(wěn)定（Ⅴ類）條件下的巷道此類巷道由于沒有完整的自然頂板或圍巖極不穩(wěn)定，用組合錨桿加固圍巖難度極大、也很不經(jīng)濟，應(yīng)根據(jù)巷道的用途、跨度和斷面的需要分別選用礦用工字鋼梯形可縮支架和支撐鋼拱形可縮支架。在施工中要注意嚴(yán)格工程質(zhì)量，背緊幫、頂，架間使用足夠數(shù)量（6根以上）的拉桿，充分發(fā)揮金屬支架的高強支護能力及聯(lián)體效應(yīng)，逐漸向整體結(jié)構(gòu)發(fā)展，條件成熟時可考慮調(diào)質(zhì)型鋼，特殊需要時可采用鋼筋背板、壁后充填等新技術(shù)，以便改進和提高巷道型鋼支架支護效果。3、采用點柱支護或裸體的巷道此類巷道的圍巖狀況為非常穩(wěn)定（Ⅰ類），巷道支護形式的選擇仍可按傳統(tǒng)的做法，視頂板的厚度和圍巖軟硬程度選擇裸體和點柱支護。如果整條巷道頂板較薄且裂隙發(fā)育、以往需加板梁或用架棚支護時，可通過分析考慮選用錨桿支護或組合錨桿支護；根據(jù)巷道的服務(wù)年限和用途也可以用錨桿或錨噴手段對巷道兩幫進行加固或加固封閉。從安全角度出發(fā)，遇到較大構(gòu)造而出現(xiàn)圍巖破碎時，仍應(yīng)把型鋼支架作為主要措施之一。4、全巖巷道此類巷道現(xiàn)在已基本普及了光爆錨噴支護，今后改革的重點應(yīng)放在根據(jù)圍巖條件合理確定錨桿支護設(shè)計方面，改變現(xiàn)在巖石巷道光爆錨噴支護不分地區(qū)、不考慮圍巖條件、均采用長度為1.5m——2.0m的縫管錨桿的不科學(xué)狀況。在硬巖和中硬圍巖條件下，圍巖松動圈不大于1.0m——1.5m時可考慮繼續(xù)采用長度為1.0m——2.0m的縫管式錨桿；但是要加強現(xiàn)場的施工管理和職工的操作培訓(xùn)，注意鉆頭直徑與錨桿直徑的配合及在打眼過程中的鉆頭直徑的變化，保證錨桿的初錨力和錨固力能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。