专题-煤巷快速掘进临时支护技术现状分析.doc

1、专题部分煤巷快速掘进临时支护技术现状分析摘要：煤巷是服务于回采工作面的主要巷道，也是煤矿掘进量最大的巷道。改善煤巷掘进的安全环境，提高煤巷的掘进回采效率，降低开掘成本，对于矿井安全、高效生产十分重要。本文从支护工艺、设备、地质条件等方面对影响煤巷掘进效率的因素进行分析和总结，拟研究煤巷掘进工作面的围岩环境及端头支护机械化。分析了煤巷掘进端头围岩性质、围岩结构、可支护性；现阶段国内外使用的主要临时支护形式与掘进机的适应性；临时支护的结构与支护效果。根据峰峰集团梧桐庄煤矿煤巷机掘工作面的现状进行分析和总结，针对临时支护存在的问题，做了以下工作：（1）收集资料、现场调查。收集了有关梧桐庄煤矿 210

2、 工作面运输及回风顺槽的相关资料，经过现场查看和咨询技术人员了解掘进端头临时支护的现状。（2）掘进工作面巷围岩松动圈测试。采用超声波测试法对峰峰集团梧桐庄矿210 工作面回采、运输顺槽进行围岩松动圈测试得出：210 工作面回风巷松动范围为：靠工作面帮松动范围为 1.1m；另外一侧松动范围为 1.2m。210 工作面运输巷煤帮松动范围为 1.1m。关键词：临时支护；工作面掘进；方案改进Analysis on the current situation of temporary support technology in Coal RoadwayAbstract：Coal roadway is a

3、 service in the face of main roadway; it is the largest coal mine tunneling. To improve the security environment in coal roadway, enhances the coal lane tunneling mining efficiency, reduce the cost of development, is important to the mine safety, efficient production. To analyze and summarize the fa

4、ctors affecting coal lane tunneling efficiency in the aspects of supporting technology, equipment and geological conditions study the coal lane tunneling working surface surrounding environment and end support mechanization. Analysis of the coal roadway driving end properties of surrounding rock, ro

5、ck structure, can support; the use of the main temporary support form and boring machine adaptability; temporary support structure and supporting effect. Analyzed and summarized according to Fengfeng Group Wutongzhuang coal mine Mechanized Heading Face situation, the temporar support problems, do th

6、e following: (1) Data collection, field investigation. Relevant information collected about the Wutongzhuang coal mine 210 working face transport and groove, after the scene view and consulting the technology personnel to understand the driving end temporary support status. (2) The tunneling working

7、 surface roadway surrounding rock loose circle testing. Ultrasonic testing method of Wutongzhuang mine 210 working face mining Fengfeng Group, transport crossheading of surrounding rock loose circle test:210 toiletry loose range: on the working face to help loosen range is 1.1m; the other side loose

8、 range 1.2m. In 210 working face of coal roadway for loosening range 1.1m. Keywords: temporary support; coal roadway heading machine; design improvement 1 绪论 由于当代的中国处于社会经济快速发展时期，各种能源消耗特别大，其中煤炭作为基础能源，也是目前主要的能源之一。煤炭的开采在我国主要有两类即露天开采和井下开采，其中占大多数的还是井下开采。开采过程中的工作面不断推进，导致应力随着工作面位置的变化而变化，若能保证采煤循环作业不间断，就必须有效

9、及时的，最好提前把开拓和井巷延伸工作做好。也就是在开采进行过程和工程计划的期限内，确保采区和准备巷道已经准备完毕，确保开采工作正常连续进行。所以要想确保高效率采煤，则必须做好巷道延伸和开拓工作。我国是煤炭资源的使用大国，在能源消耗类型中，煤炭居于榜首，2015年中国煤炭消耗量为43亿吨。煤炭行业是我国能源产业根基，具有不容忽视战略地位。煤巷是专门为采用而开挖的巷道，同时在开掘面中，煤层占其中的4/5。而临时支护作为防止岩石掉落采用的支护方式，在煤层开采中是十分必要的。在矿井的安全和提高生产效率方面，改善煤巷的掘环境，提高回采的效率，降低生产成本都是非常重要的。本文将从地质条件、技术和所运用的设

10、备等几个方面来分析研究影响煤巷掘进效率的因素，并进一步分析研究开采工作面的临时支护的现状，为日后在这方面的研究提出自己的一些想法。1.1 国内外研究现状1.1.1 井巷掘进技术研究现状伴随着煤炭开采技术的进步，井巷掘进技术也随之达到了一个新的高度。因为围岩岩体硬度较高，钻爆法仍是岩巷掘进的主要选择方式。然而全煤巷道和半煤巷道都以实现了综合机械化掘进。我国巷道综合机械化掘进从80年代至今的30多年里，已经有了很大的发展和进步，综掘比例达到40%。国外的这项技术，在使用比例占有上要远高于我国。（1） 钻爆破岩法的发展进程1850年左右，钻眼破岩的方法在西方开始被使用，出现了一些掘进技术的机械化设备

11、。1962年之后，钻眼破岩掘进发展方向向着原有设备和施工工序方面改进。1970年至今，钻研破岩方法有了很大的进步。以法国蒙贝特公司为例，该公司率先成功研制出了液压凿岩机，这种实用性的设备在开掘界得到广泛关注。目前的液压凿岩机更新换代快，产品性能向大扭矩、大冲击能和高频率方向发展。第 4 页 共 30 页 2 悬臂式掘进机的发展悬臂式掘进机是目前掘进作业使用最广泛的一种掘进机，广泛使用的原因来自于它的工作效率较高。悬臂式掘进机具有截割部自由灵活，切割面平滑，维护方便的优点，还具有行走部用履带式设计，对不同地质条件有较强的适应能力的特点。这类机械在上世纪70年代引入我国，至今我国已经能独立研发生产

12、。目前国内设计研发水平与国外水平越来越接近。切割头的功率达到160kW，及其应用条件的全煤巷道延伸到半煤岩全岩巷道。矮型、重型、自动化成为了该类机械的未来发展趋势。伴随着机载临时支护和掘进联合机组的出现，悬臂式掘进机的发展又进入到了一个新的阶段，在掘进作业中将处于主导地位。（2） 全断面掘进机的发展从19世纪末开始研发至今，经过一个多世纪的发展，全断面掘进技术已经日渐称熟。若碰到断面较长，岩较坚硬的隧道时，大多选用全断面掘进机。现在，全断面掘进机有了大范围的运用。据计，仅美国等国就已生产了该种掘进机420台，累计完成隧道工程项目不低于1012个，总掘进长度大于3680km。（3） 远程控制及自

13、动化掘进的发展趋势在现代化科技不断发展的基础上，随着计算机技术的发展，单片机和为处理器的运用的日渐成熟，自动控制理论和技术的完善，使得工程机械的发展趋向于自动化，智能化，越来越多的远程控制系统技术被运用于传统的工程机械上。在远程控制操作和自动化、英国、德国、美国等国实现了第一个自动化的采矿研究目标，并做了大量的研究和开发工作。目前，将井下传感器测得的数据传输到地面计算机网络的多功能井下环境监测系统已推广应用并已经开发出矿井全过程监控系统。1.2.2煤巷支护理论研究现状 锚杆支护技术从第十九年代末逐步推广开来，这种技术首次被用于在英国露天开采的露天矿，加固边坡，同时，配套的支护理论也得到了进一步

14、的发展和完善。20世纪中后期，奥地利工程师拉布采维茨提出了新奥法用于隧道设计与施工，岩体本身成为了这个理论的主要承载地应力的主题，最大程度的利用了岩体自身的承载能力。（1） 联合支护理 论冯豫、郑雨天、朱效嘉、陆家梁教授提出的联合支护法，该方法是在新奥法观点的基础上完善发展的，该方法认为对于巷道的支护要采用先柔后刚，先抗后让，柔让适度，稳定支护的方法。在此基础上，开发了锚喷技术、锚网喷技术、锚网框技术、车第 5 页 共 30 页间喷架等组合支护技术。（2） 松动圈理论 1979年围岩松动圈理论被提出，该理论指但凡坚固围岩的裸体巷道，其围岩松动圈都趋近于零，此时巷道围岩的弹塑性变形尽管存在，但并

15、不需要维护。收敛变形随着松动圈变大而变大，支护难度也就越大。所以支护的目的就是阻止围岩松动圈发展过程中的有害变形。掘进临时支护现状目前，在掘进工作面临时支护方面国内的制作研究有了很大进步，取得了很大的成就。国内研制出的临时支护类型从结构上有前探梁临时支护、掘进机、自移式巷道支架等；从用途上有适宜炮掘工作面的，有适宜综掘工作面的；从移动方式上有可以分为手动和液压自移两种方式。2 煤巷围岩结构与变形破坏特征2.1 煤巷围岩变性特征煤巷属于软岩巷道的一种。孔隙度较大、强度相对不高、胶结程度差、受构造面切割以及风化影响 明显都是软岩的特征，比如页岩、泥岩、粉砂岩和泥质砂岩等。开采深度增大，相对应的巷道

16、上覆岩层的垂向应力也随之增大，也就是说开采深度和相对应的巷道上覆岩层的垂向应力成正比例关系。同时如果采深度增加到一定程度，那么巷道就会出现静水压的受力状态，巷道的水平、垂直应力都会相应增大，而这一现象在受工程活动影响较大的采准巷道上更加明显。而巷道围岩岩体出现的应变软化、体积膨胀及残余强度等问题是影响巷道围岩稳定性的重要因素。（1）支护失效现象严重，特别是高浓度区巷道的开挖和支护难度很大。巷道维护成本高，生产系统协调不协调，严重制约了矿山的安全高效生产。巷道围岩岩性变化越剧烈，控制难度更大，更激烈的道路。在应力较高的环境下，岩体在长期高应力作用下储存了大量的弹性能，巷道开挖后破坏了围岩的完整性，使岩体中积聚的能量从高能量的地方向低能量或自由面在较短的时间释放出来,使得巷道变形量大、变