综采工作面两巷道超前支护技术的应用与改造

2022-09-10

本文将晋牛煤矿的开采作为研究对象,晋牛煤矿为近水平煤层,其平均厚度大约为6.01米,自晋牛公司投产以来,依靠科技的进步以及对巷道布置的不断优化改造和升级,同时在技术创新方面不断加大推行内部选用中采综放工艺,完善相应的生产系统,从而实现了煤炭产量的大幅度提高。特别是近些年来,该煤矿在综采工作面超前支护的研究上不断加大力度。目前更是在此方面又获得了新的研究成果。

1.综采工作面两巷超前支护的应用

(1)单体支柱防倒技术的应用

往往为了增强超前支柱的安全性,会将单体支柱与金属交接顶梁构成的超前支护进行相应的配合,会在此基础上对单体支柱增设硬条连接的防倒装置。然而目前单体支柱的防倒塌技术仍然是综采工作面现场技术修改中的重要难题,仍然需要相关部门的足够重视[1],对于单体支柱的防倒塌技术,经历了麻绳防倒、钢丝绳防倒以及应连接装置防倒,因此说单体支柱的防倒塌技术历经了很多个发展阶段才走到现在这个程度。目前针对单体支柱的防倒塌技术在各煤矿的使用效果分析来看,硬条连接装置可以说是现有的、也是最为理想的超前支护防倒塌技术[2]。

(2)对两巷超前支护质量的要求

①对铰接顶梁和单体支柱的质量要求。

自身质量对于超前支护放倒技术具有非常重要的影响,所以在进行煤层超前支护一定要注意自身质量问题,因此对于,单体支柱的搭建绝对不能够存在漏液,柱体奇曲等现象,也就是要保证单体支柱具有非常好的有效性。要想做到这一点,铰接顶梁的悬臂数量必须要少于两条,而且要在此过程中保证其完好无损,其次是在操作的过程中,对于其自身质量的要求,因此为了保证其良好的质量,铰接顶梁之间必须交接使用,要在最大的程度上保证足定的严密、平直,要保证不会出现空肩现象的发生[3],同时还要使支柱一直触碰到实地。当底板松软时,要为其穿戴铁鞋,而底板坚硬时还要为其创造柱窝,目的是为了保证不会有空载支柱的出现。再其次就是对布置质量的严格要求,要保证支护纵横横线,呈对列状偏差不得大于100mm,同时还要保证每一根单体支柱都必须要使用两分的钢丝和六分的钢管进行牢牢的固定,以做到最大程度的防止柱体的倒塌[4]。最后是对支柱状态的严格要求,要在单体支柱的搭建过程中,保证超前液压支架的支撑点可以达到11.5MPa以上,单体支柱的支撑力可以达到24MPa以上。

②对巷道和工作面的要求。

在低水平煤层中采用超前支护的巷道部分,要保证提高度必须在1.8米以上,并且其他部分的巷道高度不能够低于2米,否则会影响超前支护支撑力的大小,对于巷道中预留的人行道宽度不得少于0.8米[5]。但是如果巷道的条件不允许进行单体支柱的构建,那么就可以在顶板完整的情况下使用带帽的点柱对巷道进行临时的支护。特别是对于工作面儿顶端部的支顶梁架与支护顶端之间的距离,要严格的控制在1200毫米以内,因为只有在这种情况下,才可以保证楼顶的紧密度,从而才能够使支架具有超强的足定承受力,如果在进行接顶的过程中发现存在不严密的现象,可以使用板坯进行缝隙的填充。

③施工要求。

如果在施工的过程中发现工作面的上下出口顶板出现了碎裂的现象,应该及时使用相应的材料对其进行大修和维护,一梁二柱垂直巷道支护,可以在停摆出现下落的情况下作出及时的反应,特别是在严重情况下,为了控制顶板下沉,防止跨落的滚石对周围的人和设备造成伤害,就必须在工作面端铺的支架上进行严密的足定构建[6]。对于单体支柱的施工,一定要严格按照“先支后回”的制度。按照三角函数法进行严格的操作,也就是所谓的一人施工,一人照明,一人抵料,同时还要将退路清理出来,以保证里面的施工人员能够做到及时撤退。在施工人员进行回撤时,要及时使用卸载把手,为了保证施工安全,作业人员要选择安全可靠的操作地点,如果在施工过程中发现任何异常状况,都要立即停止施工,一直等到安全隐患被排除后才可以继续进行作业。在对工作面端头支架进行拉移的过程,要确保周围人员疏散完毕,并且要保证无关人员不得出现在支架下,更不能逗留。

2.超前支护应用过程中产生的问题

(1)支柱固定问题

为了保证单体支柱具有很好的固定性,需要我们在施工的过程中严格采用二分钢丝绳和六分钢管进行搭建,但是实际情况是钢丝绳的质地相对柔软,所以一旦受到外界的强压就会导致其出现松动,从而使得单体支柱的防倒作用出现失效。特别是六分钢管在起伏不平的巷道现场,很难进行很好的投入使用。因此说单体支柱如何做到完美的固定成为了现场操作中一个非常棘手的问题。

(2)美观问题

受煤矿地质条件的限制,会在很大程度上导致巷道现场出现起伏不平的现象,因此也就很难使单体支柱做到成排成线的构建模式,从而美观的要求更是无法得到满足。

(3)材料浪费问题

六分钢管在突然增大的超前压力下同样会被压弯,在实际的应用中,如果钢管被重力压弯,那么就无法在被重复使用,也就会失去它所拥有的价值,从而更会使施工现场出现钢管大量废弃,造成资源严重浪费的现象。

(4)运输问题

六分钢管具有较长的长度,并且钢丝绳自身的质量也比较重,所以当进行井下施工时,不论是货物运输还是人工锁运都会显得极为困难[7]。

(5)重复劳动问题

在现实的煤炭开采中,综采面的推进速度是非常快的,因此被用于固定单体支柱的钢丝绳和钢管以及在隧道的掘进过程中有可能会出现随时的改变,然而一旦问题出现,就必须使用劳动力再次掘进。

3.防倒连杆的设计和应用

(1)防倒连杆设计原则及要求

为了进一步确保煤炭开采有一个安全的环境,需要对防倒连杆提出以下的设计要求:第一,整个作业规整要严格遵守工艺简洁、操作方便的原则;第二,要严格保证支柱结构简单,在材料没有特殊要求的前提下要做到灵活运用;第三,防倒连杆的设计要满足经济性的要求;第四,要保证防倒连杆设计出来不容易丢失并且可以反复使用;第五,要保证其操作灵活,适应能力强,同时能够随着现场情况的变化及时做出调整。

(2)防倒连杆的制作应用

第一步就是仍然采用原来适用的六分钢管,但此时要将其切割成小段,一头砸扁打孔,另一头焊接螺母,然后分别将每对钢管焊接有螺母的一头与其他钢管砸扁打孔的一头相互焊接在一起,同时将间接部分设计成带有螺纹的连杆,然后借助于螺纹的纹理性,实现钢管完美的可伸缩性。最后使用两个半圈的铁环连接钢管砸扁的末端,从而在铁环的帮助下实现与单体支柱的连接。

(3)防倒活动连杆的特点

实际上防倒连杆的制作已经完全满足了设计原则所规定的要求,不但遵循了最基本的煤矿安全规程,而且活动栏杆的防倒效果会比原来的连接方式好用的多,这也同时大大的提高了井下作业的安全性能。除此之外,这种形式的防倒栏杆,制作仅仅需要钢管、螺母和螺纹杆三种材料,所以说不但用料简单,而且结构简单,操作方便。大大摆脱了钢管过长给施工带来的不便,如工作面需要向前推进时,可将单柱向前推移,而当工作面不需要向前推进时,可轻松地实现单柱的回撤。且更好的钢管在存放过程中也非常方便,因为在活动连杆的两端都对螺母采用了正反丝,也就是从一段旋转出来可以直接进入下一段,不易出现丢失的现象。同时这种活动连杆对现场材料的浪费问题是一个很好的解决[8]。当顶板出现压力过大的现象时,单体支柱就会将自身受到的压力施加给活动连杆,而当活动连杆受到的压力过大时,也可以通过旋动杆,将压力从活动连杆中释放出来,这样就不会使活动连杆由于压力过大而出现弯曲,也就满足了连杆的重复使用,进而也就不会产生材料浪费的问题。除材料问题以外,活动连杆还解决了原有方案中对接不美观的问题,活动连杆的出现实现了每一个单体支柱的可移动性。当需要对单体支柱进行调节时,活动连杆就可以非常轻松的对连杆与底板的高度进行掌握,因此通过活动连杆的调节,就可以很好的实现支柱排列的美观性。最后,活动连杆的出现还节省了大量不必要的重复劳动,因为活动连杆拆卸方便,不需要作业人员进行反复以及加固,所以需要付出的劳动时间被大大的节省出来,进而劳动效率得到有效提升。

总而言之,通过现场的实际应用,发现采用防倒活动连杆以后,可以大大提高开采现场的安全系数,开采效率也会得到大大的提高。为了保证综采工作面可以进行安全的生产,晋牛公司在近些年来一直在对这种方法进行探索和研究,但取得的效果始终不大。在对以往的研究进行分析后,终于设计出了防倒活动连杆技术,这在取得技术创新收获的同时,对于综采工作面两巷道超前支护技术的改革和进步都有些非常大的意义。

摘要：改革开放以后,我国经济迅速发展,对于煤炭资源的需求量也逐渐增加。由此本文对近水平煤层综采工作面两巷超前支护技术的应用进行了分析研究,同时对超前支护在应用过程中产生的问题进行了提出,同时通过方案改造的方式来解决这些问题。

关键词：近水平煤层,综采工作面,超前支护