超前支護在采礦工程中的應用
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摘要：超前支護技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應用于多種工程的實施當中，是較為成熟的一種支護手段。主要闡述了超前支護的概念，對石門揭煤、巷道掘進及礦產(chǎn)回采過程進行分析，并結(jié)合超前支護技術(shù)探究其技術(shù)的應用。
關鍵詞：超前支護；采礦工程；應用；研究
0引言
在采礦工程中，超前支護技術(shù)為其帶來了巨大的經(jīng)濟效益，目前超前支護技術(shù)已經(jīng)廣泛應用到采礦工程的各個過程當中，極大地提高了采礦工程的安全性與穩(wěn)定性，為順利施工提供了基礎保障。由于采礦工程相較于其他工程具有特殊性，且對施工過程的安全性和施工效率要求都較高。因此，為保障施工人員的生命財產(chǎn)安全和礦產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益，必須要對采礦過程中的各個環(huán)節(jié)進行詳細核查。高效的超前支護技術(shù)支持不僅能夠保障采礦工程完成的高效性及施工的安全性，而且對礦產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展和經(jīng)濟效益具有重要的支撐作用。
1超前支護技術(shù)概述
超前支護技術(shù)是目前許多工程中應用較為完善的一種技術(shù)手段，其工作內(nèi)容主要是在松軟或易破碎的巖層工程中超前于掘進工作而實施的一種起支護作用的技術(shù)，在輔助措施的作用下保障施工工作面穩(wěn)定，以保證工程的順利實施。目前，超前支護技術(shù)已經(jīng)滲透到中國許多工程當中，成為不可缺少的重要技術(shù)之一，其中在鐵路建設、公路維修、隧道工程等工程中被廣泛應用。由于采礦工作的特殊性和對安全性的要求較高，超前支護技術(shù)的引入對提高采礦工作面的穩(wěn)定性具有十分重要的意義，該技術(shù)為采礦施工的安全提供有力的保障，并能夠在安全性較高的條件下解決開采效率低下等問題，大大地提高了礦物開采生產(chǎn)的綜合效益。目前超前支護技術(shù)的表現(xiàn)形式包括三種：a)利用鋼管加固松散巖石，一般用于錨定工作面前上方的巖體；b)利用鋼管和鋼軌加固棚頂，結(jié)合鋼管和鋼軌錨固工作面前上方的巖體；c)利用傾注泥漿加固松散泥土，利用泥漿的粘著性膠結(jié)硬化破碎的巖體。
2超前支護在石門揭煤中的應用
2.1石門揭煤中的問題
在中國礦產(chǎn)開采過程中，石門揭煤常常是事故發(fā)生的主要階段，在巷道進行掘進過程中，揭露遇到煤層的過程中往往會引發(fā)煤層段掉頂，這也是在石門揭煤中遇到的主要難題，并且該難題仍舊尚未被攻克，成為中國礦石開采中石門揭煤的重要隱患問題。在石門揭煤過程中如果發(fā)生掉頂情況，則會容易引發(fā)連片的煤層塌落，甚至導致大部分煤層段掉頂，嚴重影響采礦工作人員的工作進度，甚至會引發(fā)煤灰與瓦斯事故，對開采人員及工作技術(shù)人員的生命安全造成嚴重威脅，同時也嚴重損害了采礦工程的經(jīng)濟效益。目前，中國諸多的礦產(chǎn)開采揭煤過程中常常發(fā)生掉頂情況，為緩解這種情況，一般會采用架棚探梁進行支撐，并對頂板采取一系列的措施處理，但是依舊不能避免掉頂?shù)氖鹿拾l(fā)生，也難以預防大量瓦斯的涌出，為采礦工程帶來了巨大難題。
2.2超前支護技術(shù)在石門揭煤中的應用分析
目前，采礦工程中石門揭煤環(huán)節(jié)遇到諸多問題，其中掉頂問題尤為嚴重，在此，超前支護技術(shù)的應用預防了掉頂問題的發(fā)生，在解決石門揭煤的掉頂問題中發(fā)揮了巨大的作用。以下是超前支護技術(shù)的具體應用分析：a)在巷道中見礦物之前要做好相應的處理措施，在距離見礦物前2m處打眼，要求孔眼之間的距離控制在300mm內(nèi)，孔眼深度控制在1.8m左右，工作人員對孔眼的間距和深度要嚴格把關；b)要求孔眼位置均勻分布在巷道周圍，并且在每個孔眼插入一根鋼管，由于鋼管長度可以調(diào)節(jié)，工作人員要根據(jù)不同的采礦巷道的實際情況使用不同長度、直徑和厚度的鋼管。然后進行超前護頂保護措施[1]，在進行炮擊揭煤前一定要嚴格把控超前護頂保護措施，控制炮眼深度低于支護眼深度，并且要嚴格把控鋼管質(zhì)量及鋼管力度，適當調(diào)整鋼管間距，此外，在每次炮擊之前都要詳細核查鋼管狀態(tài)，排查問題鋼管并立即更換正常鋼管，核查鋼管間距，并針對不合理間距的鋼管集中分析并加以處理或適當調(diào)整鋼管距離。
3超前支護在巷道掘進中的應用
3.1巷道掘進中的問題
隨著開采工程不斷深入，巷道掘進的難度也與之增加。在多次不同程度的開采爆破及人力或器械的踩踏碾壓作用下，開采地點上方的土方承重能力逐漸減弱，對開采位置的確定產(chǎn)生了嚴重影響。在巷道掘進過程中，許多采礦單位對巷道土方的坍塌預防工作和改進工作并不到位，因此常常會導致塌方現(xiàn)象的出現(xiàn)。巖體一旦再一次受到的外力作用就極易引發(fā)坍塌和破碎，并且在巷道坍塌后不能被再次使用，如果采礦工作人員重建新的巷道，不僅會浪費時間開采時間，而且會大大消耗采礦工程的資金和勞動力，甚至會連接原先破壞的斷層巖體，引發(fā)更大面積的坍塌。
3.2超前支護在巷道掘進中的應用分析
施工單位面對巷道掘進問題時往往難以著手，從根本來說，提高巷道掘進效率是解決巷道掘進問題的根本途徑。保證巷道掘進的高效性需要引入機械化的臨時支護方式，同時提高綜掘機的工作水平，真正實現(xiàn)高效、安全、快速掘進。懸臂式縱軸掘進機結(jié)合超前支護技術(shù)形成了高效、安全的機載臨時支護裝置，該裝置不僅能夠高效地搭建開掘過程中所需的支護鋼架，更能夠有效拆除支護設備，為下一階段的掘進提供技術(shù)支持，提高了掘進效率并為采礦工程節(jié)省了勞動力。臨時機載支護裝置要借助懸臂式縱軸掘進機完成，并通過綜掘機原站為其供油，其工作原理為：掘進機的三位兩通工作閥連接到相應的支護油路，當機器進行工作時，綜掘機原站供油，同時三位兩通工作閥打開支護油路并連接綜掘機原站，實現(xiàn)油路相互連通。在超前支護架開始工作前，首先要關閉綜掘機油路，然后展開頂架并且伸出展開側(cè)架，接著向前推動支護頂架與頂梁架的液壓控制手柄，目的是將支護鋼架和鋼網(wǎng)安放在頂梁架上。完成這一操作后，液壓油會經(jīng)過溢流閥進入到操作閥，然后再經(jīng)過分流集流閥進入到雙向鎖中，再然后雙向鎖打開后進入油缸，同時利用雙向鎖控制油量。以上工序完成后主架與頂梁架會緩慢打開，當高度達到所需位置后將主架上升到巷道頂板，并把鋼帶與鋼網(wǎng)緊壓在巷道頂板，同時，立馬進行打眼和錨桿安裝工作。工作完成后將主架降到最低位置，折合主架與頂梁架，并將頂梁架合攏伏于綜掘機上。工作完成后，操作人員要將兩位三通手柄推向油路，關閉支護油路，并停止支護控制閥，綜掘機進行下一工作循環(huán)[2]。當然，在采礦掘進巷道的過程中利用機械化超前支護手段需要機械平均無故障工作時間超過3000h，并且該機械手段適用于寬度為2.3m～4.2m以上的巷道。
4超前支護在礦產(chǎn)回采中的應用
4.1礦產(chǎn)回采中的問題
在采礦工程中，礦產(chǎn)的回采也是該過程中的重要一環(huán)，由于在開采過程中會發(fā)生礦產(chǎn)遺漏或未發(fā)現(xiàn)礦層，造成開采過程中的煤炭損失和降低經(jīng)濟效益，故而在巷道掘進過后還要回采礦產(chǎn)。在礦產(chǎn)回采過程中，開采和掘進過程中會產(chǎn)生不同程度的爆炸和人力踩踏情況，極易導致前上方巖體坍塌和破碎，也會使后續(xù)掘進工作和回采工作的難度更大。在回采過程中，回采工作人員難以完全按照第一次開采方式進行回采礦產(chǎn)工作，并且原先的開采方式也會為開采人員帶來巨大的安全隱患，甚至會造成大面積的掩體崩塌或瓦斯泄露等問題，因此，為了保障開采人員安全和開采效率，采礦單位必須確切分析礦區(qū)的位置及未開采礦物的位置和周圍環(huán)境。
4.2超前支護技術(shù)在礦產(chǎn)回采中的應用分析
通常在回采過程中，超前支護技術(shù)能夠有效解決回采遇到的許多問題。一般來說，在回采過程中超前支護技術(shù)的運用方式有兩種：a)在采礦結(jié)束時的漏斗之間進行不間斷掘進，通俗來說就是重新在巷道內(nèi)進行煤炭開采。該種方式對遺漏煤礦的開采率更高，具有較高的開采效率，但是由于已經(jīng)開采過的部分承重能力變低，在后續(xù)的不斷壓力下也導致坍塌概率更大，更容易發(fā)生巖體塌方等問題，所以該方式一般安全性較差，并且對巷道空間要求較為嚴格，實行該種回采方式要保證進巷道間距5m左右；b)沿著兩個廢棄礦場之間的連接柱進行回采施工，該種回采方式有開采盲點較多的缺點，因而經(jīng)濟效益達不到預期效益，但是該種方式能夠充分結(jié)合超前支護技術(shù)，也是安全性能更高的回采方式，中國大多數(shù)煤礦的回采工程都采用該種方式。該種方法可以采用超前支架的方式實現(xiàn)，超前支架采用兩個支架作為底部支撐，并且將左右兩個支架合并為一個支架使用，此外，在兩個支架之間的頂梁位置通過防盜防滑千斤頂鏈接底座，起到支撐的作用。每個支架一般由前后兩節(jié)組成，并且前節(jié)頂梁后部與后節(jié)伸縮梁鏈接，前后節(jié)底座通過移駕千斤頂相互鏈接。采用這種鏈接方式的目的是增加支架的穩(wěn)定性，提高超前支護的安全性。此外，該種支撐回采方式具有節(jié)省空間的優(yōu)點，其最大支撐高度可以達到3.5m，支撐寬度達到3m以上，擴大了開采空間。再加上此種方式的底座較小，支架兩側(cè)及中間都有較大的通道，便于工作人員來回穿行和材料及設備的運輸。該操作簡便，僅憑單人就可以簡單操作，省時省力，為礦產(chǎn)開采工程減少勞動力和財力支出[3]。
5結(jié)語
超前支護技術(shù)在采礦工程中被廣泛應用，并在石門揭煤、巷道掘進、礦產(chǎn)回采中都發(fā)揮了重要作用，該技術(shù)的引用能夠保障開采工作人員的安全性、穩(wěn)定巷道及上方巖體，為礦產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益和施工人員的人身安全提供了有力保障。
參考文獻：
［1］楊和平.超前支護在采礦工程中的運用［J］.能源與節(jié)能，2015(3)：106-107.
［2］郭盧進.采礦工程中超前支護的能夠用［J］.機械管理開發(fā)，2016(8)：152-153.
［3］尹賢剛，諶立勇，鄭云.超前支護在采礦工程中的應用研究［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2012(5)：60-62.
作者：來明明 單位：山西新安工程設計咨詢有限公司