超前支护在采矿工程中的应用

王 强

超前支护主要是指在松软或破碎带岩体中超前于掘进工作面而进行的支护。该方法广泛用于公路铁路、水利水电等隧道开挖工程，其主要目的是为了保证巷道开挖工作面的稳定和安全。超前支护的方法主要有以下几种形式：一是采用长3m～5m采矿的超前锚杆（钢管），锚固工作面前上方岩体；二是采用超前管棚，即采用钢支架并结合较长的钢管、钢轨等锚固工作面前上方的岩体，锚固件长度一般大于采矿5m；三是采用注浆锚杆超前注浆的方式，向工作面前上方注入水泥浆等起胶结作用的浆液，胶结硬化破碎岩体，起到加固作用。

经过利用超前性的钻孔方式，在坍落矿井巷道挖掘、电耙道二次恢复、残矿回采等矿山建设中的实际运用，系统分析并总结了该施工方式的主要施工工艺顺序及其支护施工技术参数，包括会理锌矿安全处理等三十几万吨以上残矿的生产工艺经验，证明了掌握并灵活运用这种建筑施工技术，对矿井安全可靠生产和增加效益有着至关重要的影响与重要性。会理锌矿由于矿岩节理裂隙极其发育、矿岩破碎等特点，特别是进入深部采矿以后，巷道支护难度逐渐加大。巷道掘进过程中往往因为巷道的垮塌而不得不重新绕道掘进，特别是电耙道在放矿过程中经常破坏，造成采场出矿困难，电耙道的二次修复工程量大大增加。在解决这些工程问题上面，超前支护发挥了重要作用，此外，矿山在破碎带矿体、垮塌区残矿的回采等方面也广泛应用超前支护技术，回收了大量的矿石，取得了很好的经济效益。

1 超前支护的特性及其内容

在目前采矿工程中，分为许多的种类，根据不同种类的采矿工程特点，可采取超前支护技术以实现对超前性的全面的安全保护。在通常情况下，针对一些易碎性的松软型的岩体强度工程，都是采用超前支护技术。在某些隧洞开挖施工中也常使用这一类支护技术。而经过对许多工程的测试分析，超前支护技术能够更有效的加强对巷道的保护，这就在一定程度上保证了巷道施工的安全稳定性。当设有高级支持设备时，则采取了最重要的工作条件以保证工作表面的稳定性，同时还可以减少一些可能的施工危险。但总的来说，由于矿山环境的特点有着相当较大的严重性，其中包括环境可变性。如果要实现它和正在建造中的矿山安全融合，则需要设有专门的支持措施。从目前的实际状况考虑，许多采矿企业都正在努力引入挖掘机或者其他类似的采矿设备，并由此进一步拓宽了现有支持的适用范围。而为了先进支持的使用，在设定引线支持时可选用单柱方式，支架也能够自行调节高度，以适应当前的现代化矿山施工技术。

步入新时期以后，矿山项目更适合于领先的技术支持，可以保证整个生产过程的安全有效，而且还可以减少高开采难度。从企业自身的利益视角出发，企业也能够运用现行的保障举措来提升生产效益。在实际上，虽然现代化的技术支持涉及多层次的安全问题，但同时又体现了极大的流动性。因此身为矿工，就应该密切关注所涉及的各种安全隐患，并紧密结合在特殊类别的矿山项目，选用最现代化的技术支持管理模式。在关注安全细节的前提条件下，也应该通过各种方法维护矿山现场的安全性，从而减少了一些生命安全危险。

2 采矿工艺在实际使用中主要应该注意的问题

由上面的说明中可知道，开采工艺有很多种类型，但不管采用哪一类，在建筑施工过程中均应予以重视。首先，在使用空场开采过程的步骤中，可能会发生采空区面积问题。此时，施工者必须加以积极解决，并加强矿山资源和围岩性质，以减少其他不必要的重大安全事故。然后，在使用矿产开采的步骤中，应该严格根据矿点设计，选择合适的开采工序；在使用充填开采过程时，对各个阶段的充填方式应该严格依据运行程序和结构。以确保工艺技术有效措施限制了各种重大安全事故的产生；在使用浸出采矿过程时，因为浸出的位置和方式有所不同，在施工过程有必要选择合适的方式，对淋失的部位和方式进行适当选择。不管选择什么矿山工艺，施工流程都面临相应的危险性，所以采用围岩加固技术十分关键。在施工过程，应该尽量选择绿色先进的矿山工艺技术，贯彻环境保护理念，降低资源耗费。同时，对矿山流程进行研究，在基础上提高矿山工艺技术。

3 超前支护在采矿工程中的应用

3.1 超前支护技术在石门采矿中的应用分析

目前，采矿工程的石门采矿工作正面临着许多问题，其中以落顶问题最为严峻，在此，超前支护技术的运用有效防止了落顶问题的出现，在处理石门采矿的落顶问题上起到了重要的作用。下面为超前支护技术的具体运用分析：①在巷道中见矿石前要进行适当的处理工作，在距离见矿石的地方2m处打眼，并规定孔眼间的距离距控在300mm以内，孔眼深控在一点8m以内，同时施工人员对孔眼间的距离与深浅都要严密把握；②需要将孔眼部位均匀分布于巷道周边，同时在一个孔眼插一条管道，因为管道直径可调整，因此工作人员要针对不同的矿井巷道的具体状况采用各种长短、管径和厚度的管道。再次实施提前护顶预防措施，在实施炮击采矿之前必须要严密把控提前护顶保障措施，限制炮眼深入小于支护眼深入，同时要严密把控钢材品质和管材强度，合理调节管材间隙，另外，在每个炮击前都要仔细核对钢材状况，排除问题钢材并及时替换正常钢材，核对管材间隙，并针对不合理间隙的钢材集中分类并进行处理或相应调节钢管间距。

3.2 电耙道修复

矿山作业中一般以子列折叠的型式应用。在矿山的设计中，必须按照大脑的工作频率，矿山的主要应用设施都是电力的。不过，在实际工作中，由于采动动载荷的干扰以及二次爆破影响处理，对于矿山作业，破坏支柱的现象，或者电力斜坡的坍塌都会形成较大的危害，从而妨碍了矿山的顺利运转。因此针对于电力斜坡的重复回料，就需要采用较先进的支撑技术将钢支撑结构（梯形）设置于电力斜坡的下降部位。I形和字形钢是支撑的主体材质，而工字梁为支撑的主梁，并将电力斜坡和支撑结构紧紧相连，给工作环境创造了良好的工作环境，电气设备的合理运用。还必须进行加工适用于上述支架结构的工字柱材料，将顶部做成尖头形，并依据主桥的中心部位决定用螺栓联接推进中心部位的支架，再利用设备将锚索固定于矿井岩体中，并确定倾角，两个锚索依次前进相应距离，脚手架的搭设建成可以支持落下的岩体强度。电气巷道修复施工的重点是合理把握固定螺栓的分布，合理固定在巷道的侧面上，增加工作面的承载能力，并合理确定巷道中的焊渣数量，以保证巷道的稳固性脚手架。

3.3 矿业回采中超前保护方式的设计应用

在矿产开采过程中，利用超前保护工艺技术能够使矿产资源的回采程度和效益明显地提高，同时也可以实现对其实行二次开发，特别是当在原有道路上对矿产资源加以开发时，更必须对超前保护工艺技术予以关注。尽管采矿对人类的生命安全和财产安全造成了一些危险，不过在科学技术发展越来越精湛的今天，要想提高回采的安全性可以使用超前保护的技术手段来管理和减少危险。在实际应用技术时，既能确保线路距离存在5m，又同时能确保有1m～1.5m的距离，确保放顶回采。当对与废旧矿场间的连结柱实施回采时会具有一些难度，不过和原路径比较，仍然有一些优点，如花费的费用将会减少，以及稳定性也可以很大程度地改善，这也是经常使用的方式。当对回采面实施超前保护时，应依据情况选用适当的支护方法，目前通常采取是以二架飞机构成一队的使用方法，两架间通常由防滑的千斤顶构成或相连。而且为确保施工的安全性和防止危险物坠落，必须进行顶板封堵作业。为保证建筑空隙比较大，以增加矿产的利用效果，在基础支架的二端和侧面，可利用千斤顶进行支护。此外，支撑宽度宜在3.5m以下，长度则尽可能超过3.5m。支架中间留出了足够宽度的道路，便于搬运和行走。在进行支架支护的过程中，单一人就能够进行整个支护作业，比较简单方便，从而可以减少劳动力成本和减少工作难度。

3.4 超前支护在巷道掘进中的应用

随着采矿地点的移动矿产挖掘的难度也在提高，相应增大的就是保护难度。目前由于很多矿产公司忽略了对巷道的防护与改进等工作，导致在施工建设过程中发生了一些重大的塌陷问题，想要有效防止这些问题的出现就必须提高掘进技能。而巷道如果塌陷了就无法继续使用，而且一旦再次施工就会严重影响整体工程进度，并带来了巨大的损失，所以这时就应该使用超前支护技术。为全面提高巷道挖掘建筑施工技术水平，提高机械化管理水平十分需要。需要针对工程具体情况选用合适的建筑施工机械设备，在条件许可的情况下才能安装机载临时支护设备，从而保证了工程的安全性，提高施工单位的生产效益。而机载临时支护设备的原理则是将二位三通控制阀和保护油道相连接，供油位置即为综掘机原站。在具体的工地实际中，常常要求封闭综掘机油道，同时开启顶架和侧架，顶架柱体上安装的是支撑钢带和钢筋网，而液压流体在通过操作阀的处理后就会进入双向锁中，并通过对双向锁的管理进行加油量的管理。进行以上施工时后主架与顶梁架会同步打开，并上升至所要部位之后便停止与前主架定位一致，当钢带在巷道的顶板部位时便可完成打眼与锚索架设的工作。进行全部建筑施工之后，首先要把主架子降低到地面最低点的地方，在梳理好主架子与顶梁架的定位关联后，将顶梁架重新安装到综掘机上，并封闭整个机器方便于下一施工使用。这项技术要求相对较高，一般机械人只有在无故障工作3000h以上时方可使用这项技术，同时对巷道长度也有较高的规定，一般适用于在2.3m～4.2m的巷道进行施工。

3.5 超前支护技术给采矿工程人员提供的效益

目前，在矿山工程建设中超前性的保护方法已经被应用，矿山施工安全性和有效性比较过去已经明显提高，施工进展比较方便顺利，大大提高了公司的经营效益。和其他施工方式一样，由于矿山工程建设在地下进行，安全和稳定性很低，各大矿山公司都将施工安全视为重要工作之一。把超前支护应用于采矿工程中，既增加了安全系数，又提高了工人施工的信心，从而改善了人们对采掘者这一危险职位的评价，也有助于矿业公司的长期发展。所以把超前支护技术推广到采矿工程中，是为企业增加效益的合理方式。

4 超前支护装置的改进思路

4.1 应用现代科学技术

伴随着社会进步和新技术发展，在现阶段，采矿工程人员为了进行更为有效的工作，就必须主动利用各类新科学技术，并紧随时代的发展脚步，积极研究并创新具有突破性和创新能力的技术应用方案，以确保采矿工程巷道掘进的成功进行。因此，公司能够采用安装通风预警系统的方法进行对巷道实际通风状况的智能管控，以降低人员的压力，以降低安全风险，以便更高效的发现问题、解决问题，并可以及时进行自动告警，在第一时间告知施工人员，以确保采矿工程安全性，并推动掘进施工的有效进行。

4.2 提升超前支护的防护范围

提出的机械设备超前支撑装备，包含了一个铰合在液压天篷前部的二个临时性支撑顶部，在临时性支撑顶部上表层和液压天篷上表层相连，在临时性支撑顶部下表层和液压天篷下表层联接着液压螺旋千斤顶，在临时性支撑顶部下表层垂直方向固定有一端方孔槽钢板，在槽钢板内嵌套垂直度方向的圆钢，在圆钢支撑上布设有多对吊钩，并在吊钩上安装木块。利用这种构造组成了在复杂条件下都可以采用的掘进机械设备超前支撑装备，在长期支撑顶部和液压天篷下表层都设置有吊耳，而液压螺旋千斤顶二端都可铰合在吊耳上，并由定位销锁住。在挖掘设备中原来的超前于长期保护设施基础上增设了临时支护顶部，从而增大了临时支护建筑面积，通过衔接于临时支护顶部下的由圆钢支架和木料构成的迎头支撑安装，保证了壁梁的长期保护。同时利用螺旋千斤顶的收放完成了临时性保护作业，增大了临时性的保护建筑面积，更加经济实用，通过嵌套联接方式既可避免护木旋转，又便于安放和拆除。

4.3 优化机电一体化

机电一体化技术是当前中国矿产开采工作中重点运用的一项关键技术，它可以使相关机械人在相关环境下进行智能化工作，不但可以大大提高采矿机械工作的高效品质，还可以减少人工施工的频次，在减少人工劳动成本的同时增加机械施工的稳定性。做好挖掘机械设备工作状况的监测，能够对机械一体化使用状况进行即时监测，确保相关机械设备保持有效工作状态，提升挖掘和保护施工的效率和工程质量管理水平。

4.4 选择合适的巷道掘进和支护方式

首先，从最初的设计工作开始就需要尽量避免比较复杂的情况，因为这样实施的时候也就比较简单，从而节约了大量人力和支护设备的成本。而现在的技术已经比较发达，所以可以采用数据模型的方法先加以建模，因为这样就可以提高稳定性。对于能够使巷道掘进的工作顺利进行，而使用的机械设备也必须要考虑，并且必须结合实际的具体情况来加以选用。而目前中国国内设计出来的机械设备，已经可以做到在挖掘的同时完成支护的任务。

5 结语

我国有着大量的矿产资源，要确保矿业经济的良好健康发展，就一定要提高矿井地底施工的整体安全系数，并提高矿井地底施工的整体品质，唯有如此方可有效保障矿业经济的良好发展，并保障广大人民的生存和财物平安。本文通过分析总结超前支护方式在矿山开拓、采准坑道支护，以及在电耙道二次修复，残留矿体回采中的几种工程应用，指出这种支护方法有很强的实用性，可以有效解决矿山的支护与生产问题，掌握和灵活运用这种支护方法对采矿工程具有重要的作用和意义。矿山地面建筑工程质量监督管理是系统化的管理，触及面广，工序复杂，因此需要针对当前市场状况和施工企业的实际情况制定并健全地面建筑工程质量管理制度，对建筑施工的整个过程实行严格规范，以确保工程质量。