关于炮采工作面支护技术的应用研究

关键词：炮采工作面 支护技术 工艺要点 受力分析 
1 支护技术在炮采工作面作业中的重要性
作为一种传统的矿井生产工艺，炮采工作面技术主要指在长臂工作面通过爆破进行破煤的采煤技术，作业中多采用单体支柱支护和人工装煤的方法，工艺相对简单、落后，但相对于综采技术而言，炮采对各种复杂地质条件具有较高的适应性，并适用于投资少、装备简单的中小型煤矿。因此，炮采工艺目前仍广泛用于我国很多煤矿的生产建设中。然而，随着开采中工作面的不断推进，采空区上部顶板的暴露面积逐渐增加，其承受的应力也越来越大，一旦该应力高于顶板自身的强度，就极有可能发生冒落事故，轻则影响煤产品的质量和生产效率，重则可能导致工作面摧毁和工作人员的伤亡，并造成不可挽回的经济损失和社会影响。因此，必须提高炮采工作面的支护质量，以理想的支护系统支持和加强围岩结构，避免安全问题的发生。工程中支护的形式比较多，其中较常见的主要为架设木垛、打切顶柱以及加设托梁进行加固等，必要时采取强制放顶，降低工作面危险系数，从而保证工作面支护强度。
2 炮采工作面支护体系的受力研究
要选择合理的支护形式和布置方式，首先应对炮采工作面中支架与围岩之间的受力分析进行科学的分析和研究，以找出减小顶板下沉量的关键因素。研究发现，工作面支架受力的程度主要与顶板压力、自身性质、及其分布规律有关。在一定范围内，顶板与支架在同一点上形成反作用力，而各种支架在承压条件下，其受力状态也并不相同。在恒阻式、微增阻式、急增阻式、及刚性支架的实验中，恒阻式支架的受力比较均匀，支护效果最佳。此外，对顶板下沉量的控制也是确保支护系统发挥其功能的关键，降低工作面顶板的下沉量后，可以避免顶梁变形导致的支柱压死和局部冒顶等问题，但应注意的是，控制顶板下沉量是有一定限度的， 一旦超过这个限度， 增加支柱工作阻力对顶板下沉量影响较小， 但低于这个限度却影响很大。因此就必须在支架的设计中科学选定最佳初撑力值。初撑力值应满足工作面的阻力要求，实践中可选用恒阻式单体液压支柱，该支柱初撑力由乳化泵供给，可确保来压时支柱始终保持在稳定的恒阻状态下，使工作面整体受力均匀，此外，该支柱还具有操作简易、便于管理的优点。其次，支护的及时性也是帮助其稳定承压的要点之一。放炮后及时的移梁支护可以缩短煤帮区空顶的时间，有利于控制煤壁与梁端间距离的增加，减小顶板的破损面积。
3 支护形式的选择及其工艺要点分析
3.1 不同类型的支护工艺要点分析
3.1.1 破碎顶板
破碎顶板具有层理、节理发育较成熟、胶结能力弱、采后自行垮落等特性，必须及时处理以防垮落面积的增大，因此，在破碎顶板的支护管理中，应尽量减少悬露顶板面积、缩短控顶距离，并合理加大支护密度和推进速度。在工程实践中，炮采工作面可采用HDJB-1000金属铰接顶梁护顶。金属铰接顶梁是炮采工作面的金属顶梁，具有轻便、灵活、耐压、耐挤等特点，一般长1.0m，有利于卡住单体支柱，增大支柱与金属铰接顶梁的摩擦。顶梁之上须利用椽子、荆笆封顶，形成纵横交叉，使顶板悬露面积缩小。在刮板输送机上方可提前移梁护顶，靠煤壁打贴帮柱。当煤层顶板特别松软或者煤层有厚度达到或者超过0.3m的伪顶，并且可能造成放炮后会立即冒落时，可采取用千椽或圆钢打超前托棚的方法进行支护。
3.1.2 煤壁片帮
由于采煤工作面煤壁在支承压力作用下容易压酥，导致采高大、煤质松软的工作面因片帮引起冒顶。因此工作面煤壁要采直采齐，并且要及时打好正规支柱和贴帮柱；对于采高大于2.0m的松软煤质，应在煤壁与贴帮柱之间加横撑；而在片帮严重的地点，还需要在梁端加打临时顶柱；应根据不同矿井下煤层的厚度、煤质的软硬程度、煤层的层理与节理、以及煤层顶底板的情况，合理布置炮眼，并掌握好炮眼角度。
3.2 施工中应注意的问题
托伪顶或松软破碎顶板常因支架空档而造成局部漏顶，使临近支架顶空而倒柱，且由于顶板允许暴露的时间短、面积小，常因放炮后工作面煤壁得不到及时支护而发生冒顶。此外，在初次来压和周期来压时，伪顶和破碎顶板容易和上覆直接顶或坚硬顶板离层而垮落。使用金属顶梁时，由于顶梁和顶板摩擦力很小，伪顶大面积垮落，支架往往被推倒造成大冒顶事故，因此应采取适当安全技术措施进行稳定处理。而当采煤工作面顶煤或底煤是劣质煤不需采出，或遇到断层破碎带留煤皮护顶开采时，还应加强对托顶煤或留底煤的支护措施。
而作为矿压大小的决定因素之一，在支撑压力的作用下，采高越高的工作面越容易出现煤壁失稳和片帮等现象，因此施工中还必须注意对采高的严格控制。初采期间应根据地质构造与支柱行程的确定采高，通常情况下采高不应超过2.3m。其次，工作面倾角较大时，应使用防倒装置，加强工作面单体柱的整体性，防止支架失稳滑倒以及下推力的增加。此外，还应科学计算炮采工作面中的支柱工作阻力变化值、初次来压步距、周期来压步距、顶板下沉量与下沉速度等各种支护布置参数，为准确确定矿压、合理选择支架类型、支护密度及工作方式提供可靠依据，并应在来压期间控制老塘卧底煤，使工作面安全地度过来压阶段。
4 结语
综上所述，炮采工作面采煤工艺具有投资小、见效快、施工简易、适应度高等特点，目前仍广泛应用于很多中小型矿井的掘采作业中。工程中应全面考虑工作面的特点与具体的地质特征，对支护类型和布置方式进行优选，并针对工作面的不同部位进行有针对性的设计，加强其在施工过程中的技术要点控制，以避免顶板事故等安全问题的发生，为实现煤矿的高效稳定生产建设奠定基础。
参考文献
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