采矿工程巷道掘进和支护应用

2021-01-25 15:00:58
山西化工 2021年5期
关键词:采矿工程瓦斯锚杆

杨 鹏

(山西阳城阳泰集团屯城煤业有限公司,山西 晋城 048100)

引 言

现代采矿工程建设中,为全面维护企业的效益,务必高度重视采矿安全,在巷道掘进施工中,工作人员务必合理应用支护技术。具体来说,作业人员需准确掌握巷道掘进技术的施工要点,并依据支护的需求,确定支护的类型,以此改进采矿工程质量,保障采矿的安全性。

1 采矿工程巷道掘进和支护技术特点分析

采矿工程巷道掘进和支护技术机械化程度较高,与传统的支护技术相比,锚杆支护技术的应用优势十分明显,一方面能够有效提升采矿工程掘进及支护的效率,另一方面也可在保证支护效果的基础上,严格控制工程成本。同时,该技术的科技含量较高,在采矿工程掘进及支护技术中融入了多种其他的先进技术。在时代快速进步的今天,也需要大力推动锚杆支护技术的发展与创新,以满足社会发展的基本需求。锚杆支护强度较高,可显著提高锚杆支护作业的效率[1]。

2 采矿工程巷道掘进技术的应用

某矿矿区的雨季主要为4月~11月,4月~6月雨量较大,且雷暴雨较多,12月到次年3月雾气较重,1月~2月有降雪,12月到次年2月会出现间断性的霜冻,矿区内潮湿多雨,湿度普遍超过80%,开采对象的埋藏深度为30 m~83 m,且矿区有褶皱、断裂和节理发育。

2.1 掘进技术的应用

本矿区所处的地质环境和地质结构十分复杂,受多种边界条件的影响,出现了褶皱、断裂和节理现象。上述地质构造也对采矿工程巷道掘进技术产生了较大的影响,进而产生不同程度的安全和质量隐患。所以在矿区巷道掘进施工中,加强了地质勘探、瓦斯排放、通风防尘、巷道排水、通风防尘及机械化掘进等多项管理工作,以全面维护工程建设和施工的质量与安全。

2.1.1 重视地质勘探

掘进施工中,为防止地质结构影响其他施工作业,规避采矿掘进施工地出现塌方情况,需要加强采矿工程地质勘探。为完善地质勘察工作,创建了专业素养较高的地质勘察工作组,勘察中,对待掘进的山体及周边的地质环境和地下水情况进行全面勘测,加固可能对施工产生较大影响的地表水和地下水的围岩,做好加固处理,维护围岩的稳定性,以此减轻水文因素对采矿掘进施工的负面影响。

矿区地质勘测中,采用三维地震综合勘探技术,这能够充分保障采矿掘进施工的质量和安全。大力开展瓦斯排放工作,可以有效控制巷道内瓦斯含量,防止瓦斯异常涌出而产生爆炸事故。在巷道掘进施工中,采取掘进抽放硐室超前预抽,相关人员要将巷道内的瓦斯含量始终控制在既定的范围之内[2]。

企业引入了先进的瓦斯监测系统,能够采集巷道中的瓦斯、风速、温度等重要数据,也可控制巷道中的用电概况及风门和机械的开关设备运行概况。在模拟巷道内数据的基础上,当巷道内的瓦斯浓度威胁施工安全时,系统便可第一时间发出警报,切断机械电源,指挥施工人员火速撤离,进而维护施工人员的人身安全。

2.1.2 加强通风防尘

掘进施工中可产生大量的烟尘粉尘及瓦斯等有害物质。对此,施工团队科学设置了通风系统,及时排除灰尘和有害气体。另外,合理利用除尘器吸收巷道内的灰尘,减少空气中的灰尘,建立通风网络监测系统,监测煤矿中的通风、氧气含量和灰尘含量。融合通风网络监测系统和瓦斯监测系统,检测巷道中空气成分含量,以加强监测数据的准确性和完整性。

2.1.3 完善巷道掘进

矿区地质环境与环境特殊性尤为明显,如无法保证巷道掘进施工设计的合理性,就会极大阻碍巷道掘进的有序进行,甚至引发严重的安全隐患。巷道掘进施工中,如掘进装置及技术滞后,则会在很大程度上阻碍掘进施工的有序开展。所以在巷道掘进施工中,务必严格遵守巷道掘进施工的制度要求,采用多道工序交叉作业的方式,提高巷道掘进效率。由于矿区环境十分特殊,故而需同时开展巷道掘进和巷道支护,以此保障巷道掘进安全,缩短支护施工的时间,促进整体施工作业的高效开展[3]。

2.1.4 严格把控巷道排水

该矿区的降雨量较为丰富,这就要求施工团队高度重视巷道排水。雨季来临后,矿区的山体边坡两侧雨水可向顶柱低洼位置汇聚,尤其是地表形成采空区后,则需采用多种方式联合排水的模式。为及时解决上述问题,应采取科学有效的方式完善巷道排水预处理工作。结合矿区实际和施工条件,可采取拦截、堵、抽的处理方式。巷道排水时,及时疏通井下排水沟,快速处理排入井下的水,高度重视水泵管理,确保设备的稳定运行。

2.2 采矿工程巷道支护技术的应用

巷道支护在采矿施工中尤为关键,只有确保支护质量,方可保障采矿人员的人身安全,从而推动采矿施工有序进行。采矿作业中,企业需引导施工人员正确认识巷道支护,使其准确把握巷道支护技术要点及现场作业流程,提升采矿作业水平,为采矿工作的有序开展奠定坚实的基础[4]。

2.2.1 临时性支护技术

临时性支护主要是为高度顺应巷道掘进的需要,在掘进施工中,巷道截割断面形成后,为较小空顶时间,及时进行临时支护对巷道实行临时支护。如采用木支架支护的过程中,要采用梯形木棚,其自重小,安装和加工十分便利,适应性较强。但该方式强度较低,防火性较差。所以,多为临时性支撑,服务周期较短。又如选用金属支架时,该支架具有较高的强度,拆卸便利。应用中也要以服务年限为基础选择背板材料。

2.2.2 永久性支护技术的应用

加强临时支护的过程中,也必须关注永久性支护。为此,人员需结合实际确定具体支护类型。永久性支护主要分为锚杆支护技术、预制钢筋混凝土支架、混凝土支护等形式。锚杆支护技术的支护效果较为理想,经济性和安全性优势也尤为明显。常见的锚杆支护技术有顶板锚杆和煤帮锚杆,二者规格和性能存在明显差异,支护类型较为丰富。在安装锚杆的过程中,要求人员依据锚固剂的形制确定搅拌的时间。同时,在安装中一次性锚固到底,避免出现施工中断的情况。

预制钢筋混凝土支架技术利用混凝土制作支架,在矿井内完成装配工作,以维护梁柱接口密实度。该技术的支护强度大,投入成本低,但自重较大,伸缩性能差。常见的技术形式是吊环式前探梁,是基于上述支护措施利用三根吊挂前探支架,依据一定的长度和间距在巷道中平行布置,且强度与吊环间也需做好协调和搭配工作,规定固定点在2个以上,注重其紧固性,以改善支护效果[5]。

2.2.2.1 砌碹支护技术

砌碹支护也是常用的巷道支护方式之一,主要以材料砌碹和混凝土砌碹两种方式为主。在煤炭井下开采中起到非常重要的作用。在分析砌碹支护过程中,可将其优势概括如下:连续性、整体性较强,可加强围护结构的密闭效果,减少风化对巷道带来的影响;坚固性、耐久性、防火防水性理想,不用担心渗透等问题对巷道安全带来威胁;使用材料普遍,来源广泛,可节省更多运输时间,保证施工效率。不过该技术在实际应用中也存在一些问题需要把控,如在使用砌碹支护时,顶部结构承压能力发生改变,出现了不均匀现象,侧向受压严重,裂缝问题频出,养护时间长,造价成本高。

2.2.2.2 棚式支护技术

棚式支护技术在不同开采作业中的应用形式也存在较大差异,起到的作用效果也会有所不同。不过总体来说,棚式支护技术的应用能够精准计算岩柱的厚度,为测量放线、位置确定等设计工作的开展提供可靠依据。在支护棚搭建过程中,可直接选用金属材料,从而加强支护效果,降低施工难度,确保棚式支护性能的充分发挥。某地区煤矿井下巷道开采工作中,在围岩破碎区域内就采用了棚式支护方式,加强了拱形开采巷道的稳定性,降低了安全事故的发生率。

3 智能掘进

以往采矿工程中巷道掘进多是采用人工掘进方式实现的,根据巷道具体情况,借助人工操作模式完成切割作业,且为保证切割质量,会以蛇形为切割走向,该种方式虽然也能够满足巷道掘进要求,但在实际作业中,经常会因为人为失误使切割走向发生偏移,影响最终成型,降低巷道掘进的稳定性和安全性。

鉴于此,相关人员通过经验研究,将以往的蛇形切割方案转变成现今的回型切割方案,以机械作业方式完成智能化切割,避免偏差或不稳定情况的出现,做到一次成型。回型切割方案分为正回和逆回两种形式。在实际作业中,工作人员需要按照方案内容对机械设备进行调试,按照方案要求路线开展切割作业,同时在切割工作开展前,需清除存在的浮煤,以免增加刀具阻力,拖慢切割进度。切割臂要从一端到另一端实施掏槽作业,之后开展垂直切割,使回型巷道一次成型,维护巷道掘进安全性。

智能掘进的优势在于,从巷道外侧直接切入,并在进入内测后,自动控制切割速率,保证巷道截面的质量,待截面成型后再加速实施切割作业,确保成型率,提高巷道掘进的安全性。相较于传统方案,落实该方案能够将切割成型率提升13%左右。

4 结语

采矿工程巷道掘进中,要求工程人员合理应用完善的地质勘探技术,有效控制多种风险因素,从而优化工程施工质量,增大工程施工安全系数。在矿产开采前,要进行风险辨识评估,以此对施工进行安全指导,施工中也要注重环境保护,增大资源利用率,以先进的技术和完善的实施方案,提升巷道掘进和支护施工水平。

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