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“钻楔”超前支护技术在松软厚煤层掘进中的应用

发布时间:2019-06-25  

杨文杰

永安煤业公司仙亭煤矿

 

 要:本文主要阐述了仙亭煤矿在巷道掘进中遇风化带、破碎带及松软厚煤层的超前支护方法,通过加工1寸焊接管和利旧1寸风水管“钻楔”超前支护控制顶板,有效地降低巷道垮面和冒顶事故发生机率,为复杂地质条件下掘进施工提供经验借鉴。

 

关键词:超前支护   顶板控制   安全经济

 

0  前言:顶板管理是矿井掘进安全技术管理的重要工作,但在井巷施工过程中时常会遇到围岩异常破碎巷道和松软倾角大的厚煤层巷道,此时如工作面迎头支护稍不及时或强度不足极易造成局部漏顶、片帮,严重时将造成垮面导致生产中止、设备损害甚至发生人员伤亡事故;因此,选用合理的顶板管理方法和超前支护方式能有效的减少顶板事故的发生。

1   煤矿安全规程对于超前支护的规定

2016年修订版《煤矿安全规程》在第五十八条中规定掘进工作面临时支护与永久支护距工作面的距离,应根据矿井的水文地质条件和施工工艺在作业规程中明确规定(按上京矿区地质条件一般规定不超过0.7米);在松软煤(岩)层、流砂性地层和破碎带中掘进巷道时,必须采取超前支护方式。

2   几种常规超前支护方式的优缺点分析

2.1  前探梁超前支护

传统的超前支护方式,一般适用于较稳定岩层(Ⅱ级)、中等稳定岩层(Ⅲ级)和煤层硬度一般的煤巷掘进,通过迎头段矿工钢棚利用前探梁、固定架、规格厚50mm*1.2m的方木临时过顶,背帮,创造安全的施工作业面,防止作业时出现漏矸、掉矸等现象。

优点:选材和加工简单,现场操作方便。

缺点:只适用于较稳定岩层(Ⅱ级)、中等稳定岩层和煤层硬度一般的煤巷掘进的超前支护,且支护范围只作用于临时支护与永久支护之间,无法控制迎头顶板,如遇顶板压力大、破碎带和松软厚煤层时超前支护强度不够,易造成漏顶、片帮,甚至垮面事件。

2.2   “撞楔”技术超前支护

通过钢轨、圆管或圆木“撞楔”打入工作面前方进行超前支护,超前控制,形成临时支护与围岩共同承载巷道压力,达到控制顶板的目的,避免松软破碎围岩的继续冒落,为后期的永久支护创造时间和空间,是常规的防止冒顶、处理冒顶的技术之一。

优点:选材和加工简单,可利用旧钢轨、圆管加工,临时支护效果较好。

缺点:采用钢轨、圆管或圆木“撞楔”直接打入工作面,作业人员劳动强度大,施工时间长,影响单进和工效;遇煤层中含结核和破碎带、风化带岩层中夹杂碎石,坚硬岩层时,很难将“撞楔”材料打入,无法起到有效临时支护的目的,施工有局限性。

2.3   预留钻杆超前支护

沿巷道掘进方向施工超前眼并预留钻杆,数根钻杆形成临时支护与围岩共同承载巷道压力,达到控制顶板的目的,避免松软破碎围岩的继续冒落,为后期的永久支护创造时间和空间,是常规的防止冒顶、处理冒顶的技术之一。

优点:施工简单,临时支护效果较好。

缺点:支护成本高,3.0米的钻杆市场价格为120/根,一般施工超前眼并预留钻杆数量煤巷在8根以上,风化带及破碎带甚至达到20根以上,每米巷道超前支护用的钻杆最少也要960米。

3  “钻楔”超前支护技术的应用

仙亭煤矿从2016年下半年开始,结合苏桥煤矿“钻楔”超前支护经验,根据矿井地质条件通过加工1寸焊接管和利旧1寸风水管改进和推广应用“钻楔”超前支护技术,在新副斜井+660-500m井筒靠地面风化带施工和202采区松软煤层施工中取得了很好的成效,有效的降低巷道垮面和冒顶事故发生机率,取得可观的安全和经济效益。

3.1  超前杆的选材和加工

“钻楔”超前支护材料可采用1寸焊接管和利旧1寸风水管加工,加工规格一般为2.5米和3.0米两种,也可根据实际情况加工3米以上的超前杆,加工的超前杆一侧需为尖头。1寸焊接管由物供部门采购,单根焊接管长6米,市场价格30元/根,可加工一般超前杆2根,单根超前杆成本为15元,按每循环进尺1.0米计算,每米支护焊接管的本本约为120元;仙亭矿在以前的生产过程中使用了大量的1寸风水管,按现在的安规要求必须使用2寸以上的风水管,因此造成大量的1寸风水管闲置,通过加工超前杆,实现利旧复用的目的。

3.2  “钻楔”超前支护方式的施工方法

3.2.1   施工前根据地质条件确定施工超前眼的个数,4.6m2断面煤巷一般不超过8根(顶6边2),眼间距控制在400mm以内;破碎带和风化带按实际需求和断面确定超前眼个数,间距应缩小至300mm以内。确定眼数后现场点眼,按常规掘眼方式掘超前眼,眼深按施工条件控制,一般在1.0米以内,施工结束后退出钻杆,施工时应采用炮眼导向的方式,确保钻杆落至于同一水平面上。

3.2.2   沿工作面最前方两棚矿工钢棚支架的梁顶上侧和梁下侧,利用超前杆沿预留超前眼向前方“钻楔”, “钻楔”的长度应超过预留超前眼的0.2米以上,为确保超前杆安设牢固,在超前杆尾部采用铁丝或钢丝绳等同矿工棚梁进行绑扎。

3.3.3   爆破时应控制顶眼距超前杆的距离,一般要留有0.1米以上的间隙,顶眼的装药量减少,如爆破后顶帮爆破不完全,可采用人工开挖或处理的方式(松软煤层和风化带、破碎带在爆破震动后均可通过人工处理),以确保超前杆的有效支护,减少超挖,使巷道断面符合要求。

3.3.4   爆破后如超前杆间隙仍有漏顶、片帮情况,可用板皮或竹篱笆沿超前杆过顶,防止巷道周边煤岩等的掉落、滑落,努力保护巷道周边原状。此后应立即进行下一道架棚支护工序,架棚应保证工程质量和距工作面迎头的距离,为下一次施工超前杆创造条件。

3.3.5  工作面向前推进3-5米后根据现场安全及回收成本,决定是否对超前杆进行回收复用,减少支护成本。

4  施工其他注意事项

4.1  优化爆破方案,减少爆破作业对围岩的破坏。一是建议采用直眼或近直眼的方式布置炮眼,通过调整炮眼角度达到减少爆破对支架和超前杆的冲击;二是控制装药量,特别是顶眼和周边眼的装药量,尽可能采用少装药、放小炮的方式掘进(松软煤层可采用镐刨方法减少对顶板的震动,使其保持原有的自承力,减小破碎顶板的暴露时间,阻止减少顶板的松动变形,防止漏顶)。

4.2  做好地质构造的预测预报工作。工程开工前技术人员应提前查阅地质资料、对应上区段和周边施工揭露情况,提前预测施工过程中可能遇到的地质破碎带、断层,松软厚煤层的位置,影响范围等,并制定针对性的安全技术措施,向作业人员交底,培训。如需要采用“钻楔”超前支护方式时,应向作业班组培训施工要领,前三班应由队干或有经验的班长现场跟班示范,使作业人员掌握施工要领。

4.3  严格矿工钢棚的架设、维护和加固工作。一是严格矿工钢棚的架设质量,棚距、角度、水平差、腿窝深度等符合规程要求,并做好防倒棚措施,棚架之间应用拉杆连接固定,打上梁和腰部撑柱,棚顶及两帮进行背帮、过顶;二是放炮前,要对靠近工作面迎头10米范围内的支架进行加固(可采用防倒棚机具及加设拉杆、横撑等措施),炮后被爆破崩倒、崩坏的支架必须先修复、加固,发现巷道有歪斜棚等现象时及时整改加固,确保支护强度。

4.5  提前准备好工作面“钻楔”超前支护的超前杆,工作面的备用矿工钢棚、支护材料符合作业规程规定。

5   结束语

掘进工作面的顶板事故大多数发生在迎头范围,因此采用有效的超前支护方式,确保工作面迎头支护的有效性,是避免掘进顶板事故发生最有效的措施,采用一寸焊接管和利旧1寸风水管加工超前杆“钻楔”的超前支护方式结合矿工钢支架一次支护控制顶板,能有效的降低巷道垮面和冒顶事故发生机率;同时有利于巷道断面控制的完整性,减少超挖,节约了后期支护材料的投入,是一种技术先进、经济合理、又切实可行的超前支护方式。

 

作者简介:杨文杰,男,2006年毕业于龙岩学院采矿工程专业,采矿工程师,福能集团永安煤业公司仙亭煤矿生产股股长。通信地址:福建省大田县上京镇永安煤业有限责任公司仙亭煤矿。邮编:366102。电话:13559871219。

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