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[科学技术]煤矿开掘工作面临时支护工艺优化的探讨

时间:2022/01/06  点击:99


       

王帅凯

摘 要:现如今,我国的经济在迅猛发展,社会在不断进步,针对目前煤矿巷道支护存在操作不规范、效率差的问题,对煤矿掘进工作面的支护技术进行了研究。基于目前煤矿广泛应用的锚杆支护技术,对其工作机理进行了分析,结合实际工作经验以及相关生产规范,对锚杆支护的设计方案、施工工艺、注意事项以及安全监测技术方案进行了系统的分析总结。应用实践表明,该方案可实现对煤矿生产中巷道支护的规范指导,且具有操作效率高、详细全面等优势,能够有效保障煤矿巷道支护的安全可靠。

关键词:煤矿煤层;运输巷道;支护技术

引言

目前国内主要的矿山生产基地都大量采购机械化采掘设备和支护设备,其中负责进行巷道掘进的设备有综合掘进机、连续采煤机和掘锚机3种,但仅依靠采掘设备无法最大限度的提高巷道的开采速度和掘进效率,巷道成巷中最重要的一点是必须完成巷道的锚杆支护。因此巷道支护技术作为煤炭安全高效开采的重要保障,在巷道的成巷方面也发挥着重要作用,其中尤以锚杆支护为主。锚杆支护显著提高了巷道支护效果,降低了巷道支护成本,减轻了工人劳动强度。因此在高产高效矿井建设中,首先需要实现采掘设备的机械化,但缺少锚杆支护设备的机械化也无法实现高产高效矿井的建设。锚杆支护设备的机械化主要是实现锚杆支护过程中钻孔、搅拌和紧锚杆工序的机械化操作,锚杆支护设备的机械化程度影响巷道的锚杆施工质量和施工速度。近年来,针对不同的掘进方式陆续开发出规格和种类不同的锚杆支护设备,以实现在不同掘进方式下的快速掘进。

1机械设备选型

煤巷掘进施工中涉及到的机械设备主要有掘进机、锚杆钻机、转载机、刮板输送机等。(1)掘进机。随着我国煤炭开采技术的日益提升,各类掘进机也被大量研发和应用。目前,常用的煤巷掘进机为悬臂式掘进机。悬臂式掘进机虽然种类齐全,但仍存在机械化程度低、性能差等缺点。因此,提高掘进机的自动化作业程度,采用人工智能控制技术实现掘进机的自动切割和识别,提高掘进机械设备的稳定性和掘进刀头的使用寿命,对于提高巷道的掘进速度起着十分关键的作用。(2)锚杆钻机。掘进工序完成后,为保证掘进工作面的顶板安全,控制围岩变形,需利用锚杆钻机进行锚网等支护作业。在有作业条件的掘进工作面普遍采用锚杆钻车进行支护作业,锚杆钻车代替单体钻杆钻机,提高了机械化程度和作业效率,但其对施工空间的要求较高,使用受限较大。(3)运输设备。辅助运输设备可将截割下来的煤岩等运出作业空间,保证作业环节不受影响,其运输效率也直接制约着巷道的掘进速度。巷道掘进中的运输设备包括桥式转载机、刮板输送机、可伸缩胶带输送机、矿车等。可将以上几种运输设备进行组合形成巷道掘进工作面运输系统,运输设备的选型和配套需根据掘进工作面的实际作业条件,进行验算和设计后进行选取,达到最优的运输效率。另外,需加强对运输设备的日常维护和检修,保证运输设备工作的可靠性。

2煤矿开掘工作面临时支护工艺优化的探讨

2.1锚杆支护施工过程

在锚杆支护施工过程中,首先根据施工设计方案进行施工机具、人员配备以及施工工序安排,待掘进以及临时支护完成后,严格按照安全规范进行敲帮问顶,然后在掘进巷道围岩上进行钻孔,并按照设计方案确定钻孔位置、钻孔角度、钻孔深度,确保钻孔质量,钻孔完成后再完成锚杆的安装。锚杆安装首先要装填树脂锚固剂,然后再装入锚杆杆体,利用锚杆钻机带动杆体旋转搅拌锚固剂到规定时间后等待固化,最后套上托板及螺母,拧紧螺母施加预紧力,完成锚杆的安装工作。

2.2巷道顶板钻孔窥视及结果

为分析运输巷道顶板不同距离位置围岩的变化情况,在监测站1附近顶板位置进行钻孔,钻孔直径为30mm,钻孔深度为5m。利用专业的钻孔窥视仪可以对孔壁的具体情况进行观察。可以查看孔壁是否存在离层、破裂等问题,进而验证巷道支护技术工艺方案的有效性。结果表明:与巷道顶板距离在0.1~0.2m范围内,围岩出现了比较严重的破碎现象,主要是因为距离顶板太近,围岩表面在变形过程中将附近的岩石挤碎。与顶板距离在0.2~3.5m范围内的围岩,整体上比较完整,只有部分区域出现了破碎的现象。与顶板距离在3.5~5m范围内的围岩,基本上未发现有破碎的问题,整体上非常完整。由巷道顶板钻孔窥视结果可以看出,除与巷道顶板距离较近的部分出现破碎问题外,其他位置的巷道围岩整体上比较完整,没有发生明显的破碎。表明在巷道支护的作用下围岩稳定性有了显著提升。

2.3施工工艺

煤巷掘进过程中的作业流程包括割煤、装煤、支护、运输等环节。支护是巷道掘进作业中较为繁琐的一项工序,不同的施工工艺掘进速度也有明显差异。我国煤巷掘进常用的施工作业线如图2所示。该施工作业线机械化程度高、适应性强、灵活性好,可实现煤岩的连续截割和运输,但是该作业线的缺点在于无法实现掘、支平行作业,掘进速度受支护作业影响程度大。另外,煤巷掘进施工还有掘锚一体机组、桥式传送机、转载破碎机、带式运输机组成的生产工艺流程,不同的工艺流程有不同的特点和适应条件,应根据工作面实际情况进行选择设计。

2.4配套掘锚机的锚杆支护设备

掘錨机组是高产高效矿井煤巷单巷快速掘进的掘锚一体化设备,是在连续采煤机和悬臂式掘进机的基础上发展的一种新型掘进机型,掘锚机组将截割滚筒和锚杆支护钻机有机的结合起来,减少由于掘进设备和支护设备间的设备调动造成的换位作业时间浪费,在一种设备上既可进行巷道掘进同时又能够完成锚杆支护。伴随着国家对于煤矿企业的兼并重组,产业集中度要求进一步提高,煤炭企业需进一步提高巷道的掘进速度。但是掘锚机组的支护能力有限,如果巷道中所有的锚杆支护都由掘锚机组完成势必影响掘进工作面的掘进速度,因此在整套快速掘进系统中需要配套一种新型的锚杆支护设备,主要负责进行锚杆支护、物料的转载破碎及转载运输胶带的牵引。该系统是针对普通地质条件开发的新型的快速掘进系统,其适应的巷道一般为空顶距为5~6m的普通巷道,但是其巷道的开采面较大,掘锚机截割头的长度一般为6m,因此其在巷道开采过程中消耗时间较短,巷道成形速度快,能够大大提高巷道的掘进速度。但掘锚机的采高要求一般为4~4.5m,此时掘锚机才能发挥其快速掘进的优势,实现巷道快速掘进,提高巷道的成巷速度缩短巷道的成巷时间。该系统一般应用于中厚煤层和厚煤层的巷道中,具有一定的局限性,但其掘进速度和巷道空顶距能够很好的匹配,发挥整套系统的优势。

结语

针对巷道支护存在工作效率低以及规范性差的问题,对巷道支护技术方案进行了研究。结合生产实际情况,对锚杆支护的工作原理进行了分析,在此基础上,总结设计了一套针对掘进工作面的锚杆支护设计、施工、监测方案。该方案具有规范全面、安全可靠的优势,可大大提高巷道支护规范化水平,保障生产安全,同时减少工作量,提高煤矿生产效率。与传统监管模式相比,煤矿采掘机械设备电气自动化监管的优势在于:第一,这种监管方法可快速获得采煤机的真实运行参数,而无需浪费较多人力、物力资源;第二,这种监管方法实施便捷,且有助于保障采煤作业的安全性。因此,广泛推广这种技术具有一定的现实意义。

参考文献:

[1]王海龙.锚杆支护技术在煤矿掘进巷道中的应用研究[J].石化技术,2019,26(8):332.

[2]王永涛,刘森,毕士锋.煤矿掘进巷道锚杆支护新型检测技术的研究与应用[J].内蒙古煤炭经济,2016(14):19-20.

[3]安国.煤矿掘进巷道锚杆支护方式的应用与研究[J].山东工业技术,2018(8):91.

[4]张建国.煤矿井下掘进中巷道支护技术应用研究[J].能源与节能,2017(8):182-183.


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2022/01/06

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