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關于炮采工作面支護技術的應用研究

發布日期:2020-01-29  瀏覽次數:83
 摘 要:作為一種傳統的礦井生產工藝,炮采工作面技術的工藝相對簡單、效率較低,但與綜采技術相比,炮采也具有投資小、施工簡易、適應度高等優點,因此,目前仍廣泛應用于很多礦井的掘采作業中。但在炮采作業過程中,其采空區上部頂板的暴露面積隨炮采的推進逐漸增加時,發生頂板事故的幾率很大,因此必須做好頂板的支護及其管理工作。本文從炮采工作面中支護的作用和類型出發,分析了影響支護體系承壓效果的各種因素,并在此基礎上,提出了工作面不同部位支護形式的選擇及工藝要點的控制。

關鍵詞:炮采工作面 支護技術 工藝要點 受力分析 
1 支護技術在炮采工作面作業中的重要性
作為一種傳統的礦井生產工藝,炮采工作面技術主要指在長臂工作面通過爆破進行破采煤技術,作業中多采用單體支柱支護和人工裝煤的方法,工藝相對簡單、落后,但相對于綜采技術而言,炮采對各種復雜地質條件具有較高的適應性,并適用于投資少、裝備簡單的中小型煤礦。因此,炮采工藝目前仍廣泛用于我國很多煤礦的生產建設中。然而,隨著開采中工作面的不斷推進,采空區上部頂板的暴露面積逐漸增加,其承受的應力也越來越大,一旦該應力高于頂板自身的強度,就極有可能發生冒落事故,輕則影響煤產品的質量和生產效率,重則可能導致工作面摧毀和工作人員的傷亡,并造成不可挽回的經濟損失和社會影響。因此,必須提高炮采工作面的支護質量,以理想的支護系統支持和加強圍巖結構,避免安全問題的發生。工程中支護的形式比較多,其中較常見的主要為架設木垛、打切頂柱以及加設托梁進行加固等,必要時采取強制放頂,降低工作面危險系數,從而保證工作面支護強度。
2 炮采工作面支護體系的受力研究
要選擇合理的支護形式和布置方式,首先應對炮采工作面中支架與圍巖之間的受力分析進行科學的分析和研究,以找出減小頂板下沉量的關鍵因素。研究發現,工作面支架受力的程度主要與頂板壓力、自身性質、及其分布規律有關。在一定范圍內,頂板與支架在同一點上形成反作用力,而各種支架在承壓條件下,其受力狀態也并不相同。在恒阻式、微增阻式、急增阻式、及剛性支架的實驗中,恒阻式支架的受力比較均勻,支護效果最佳。此外,對頂板下沉量的控制也是確保支護系統發揮其功能的關鍵,降低工作面頂板的下沉量后,可以避免頂梁變形導致的支柱壓死和局部冒頂等問題,但應注意的是,控制頂板下沉量是有一定限度的, 一旦超過這個限度, 增加支柱工作阻力對頂板下沉量影響較小, 但低于這個限度卻影響很大。因此就必須在支架的設計中科學選定最佳初撐力值。初撐力值應滿足工作面的阻力要求,實踐中可選用恒阻式單體液壓支柱,該支柱初撐力由乳化泵供給,可確保來壓時支柱始終保持在穩定的恒阻狀態下,使工作面整體受力均勻,此外,該支柱還具有操作簡易、便于管理的優點。其次,支護的及時性也是幫助其穩定承壓的要點之一。放炮后及時的移梁支護可以縮短煤幫區空頂的時間,有利于控制煤壁與梁端間距離的增加,減小頂板的破損面積。
3 支護形式的選擇及其工藝要點分析
3.1 不同類型的支護工藝要點分析
3.1.1 破碎頂板
破碎頂板具有層理、節理發育較成熟、膠結能力弱、采后自行垮落等特性,必須及時處理以防垮落面積的增大,因此,在破碎頂板的支護管理中,應盡量減少懸露頂板面積、縮短控頂距離,并合理加大支護密度和推進速度。在工程實踐中,炮采工作面可采用HDJB-1000屬鉸接頂梁護頂。金屬鉸接頂梁是炮采工作面的金屬頂梁,具有輕便、靈活、耐壓、耐擠等特點,一般長1.0m,有利于卡住單體支柱,增大支柱與金屬鉸接頂梁的摩擦。頂梁之上須利用椽子、荊笆封頂,形成縱橫交叉,使頂板懸露面積縮小。在刮板輸送機上方可提前移梁護頂,靠煤壁打貼幫柱。當煤層頂板特別松軟或者煤層有厚度達到或者超過0.3m的偽頂,并且可能造成放炮后會立即冒落時,可采取用千椽或圓鋼打超前托棚的方法進行支護。
3.1.2 煤壁片幫
由于采煤工作面煤壁在支承壓力作用下容易壓酥,導致采高大、煤質松軟的工作面因片幫引起冒頂。因此工作面煤壁要采直采齊,并且要及時打好正規支柱和貼幫柱;對于采高大于2.0m的松軟煤質,應在煤壁與貼幫柱之間加橫撐;而在片幫嚴重的地點,還需要在梁端加打臨時頂柱;應根據不同礦井下煤層的厚度、煤質的軟硬程度、煤層的層理與節理、以及煤層頂底板的情況,合理布置炮眼,并掌握好炮眼角度。
3.2 施工中應注意的問題
托偽頂或松軟破碎頂板常因支架空檔而造成局部漏頂,使臨近支架頂空而倒柱,且由于頂板允許暴露的時間短、面積小,常因放炮后工作面煤壁得不到及時支護而發生冒頂。此外,在初次來壓和周期來壓時,偽頂和破碎頂板容易和上覆直接頂或堅硬頂板離層而垮落。使用金屬頂梁時,由于頂梁和頂板摩擦力很小,偽頂大面積垮落,支架往往被推倒造成大冒頂事故,因此應采取適當安全技術措施進行穩定處理。而當采煤工作面頂煤或底煤是劣質煤不需采出,或遇到斷層破碎帶留煤皮護頂開采時,還應加強對托頂煤或留底煤的支護措施。
而作為礦壓大小的決定因素之一,在支撐壓力的作用下,采高越高的工作面越容易出現煤壁失穩和片幫等現象,因此施工中還必須注意對采高的嚴格控制。初采期間應根據地質構造與支柱行程的確定采高,通常情況下采高不應超過2.3m。其次,工作面傾角較大時,應使用防倒裝置,加強工作面單體柱的整體性,防止支架失穩滑倒以及下推力的增加。此外,還應科學計算炮采工作面中的支柱工作阻力變化值、初次來壓步距、周期來壓步距、頂板下沉量與下沉速度等各種支護布置參數,為準確確定礦壓、合理選擇支架類型、支護密度及工作方式提供可靠依據,并應在來壓期間控制老塘臥底煤,使工作面安全地度過來壓階段。
4 結語
綜上所述,炮采工作面采煤工藝具有投資小、見效快、施工簡易、適應度高等特點,目前仍廣泛應用于很多中小型礦井的掘采作業中。工程中應全面考慮工作面的特點與具體的地質特征,對支護類型和布置方式進行優選,并針對工作面的不同部位進行有針對性的設計,加強其在施工過程中的技術要點控制,以避免頂板事故等安全問題的發生,為實現煤礦的高效穩定生產建設奠定基礎。
參考文獻
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