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在煤矿掘进工作中临时支护装置的应用
摘要：在巷道掘进工作面施工中，临时支护装置起到重要的支护作用，但随着掘进技术的发展，临时支护装置问题逐渐凸显，甚至影响到正常的生产。通过探讨临时支护装置在煤矿掘进工作面的应用技术，展开临时支护装置的使用效率的研究，针对临时支护技术应用中存在的问题，提出了优化临时支护技术的有效对策，希望以此促进煤矿掘进工作面临时支护的发展。
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随着时代的发展，我国煤矿开采更加机械化，机械化设备和相关配套设施中综合掘进机、连续采煤机、锚杆钻机是主要的巷道生产设备，但目前，如果只是依靠采矿设备工作，还不能提升巷道掘进的进度，还要依赖巷道支护的作用。
作为提升煤矿安全生产和高效率开采的保障，巷道支护技术在巷道掘进工作面开采中起到至关重要的作用，其中的锚杆支护效果更为显著，不仅在降低工人劳动强度方面有着较强的效果，在降低巷道支护成本方面也有着积极的作用。所以，想要实现煤矿开采高产高效，需要实现煤矿设备全面机械化。
1、临时支护技术概述和作用
1.1临时支护技术
临时支护主要是指在煤矿巷道掘进开始至永久支护技术使用之间这一阶段的支护方法，其使用目的是帮助围岩提升自主支撑能力，提升整体岩层的稳定性，尽可能避免因开挖扰动岩层引起的冒顶问题。在煤矿巷道掘进过程中，临时支护技术十分必要，巷道掘进后，会进行永久支护技术的运用，但永久支护技术缺乏及时性，这一“空窗期”很容易出现安全事故。所以出现了临时支护技术。
1.2临时支护的作用
经过长时间的实践成果可以看出，临时支护技术应用后，围岩的应力分布发生了较为明显的变化，对于围岩的稳定性产生有利的影响，具体体现在以下几个方面：
第一，有效的降低了巷道围岩应力集中系数，峰值应力随之降低，巷道各面受力较为均匀，提升了巷道壁的平整度，有效减少了巷道壁底鼓和破损的情况。
第二，巷道顶板中心周围的围岩压应力增加，顶板不易出现分层的情况，相应的弹性减小。
第三，利用临时支护挤压或破坏顶板以及危岩，控制岩体裂缝的出现，减少相互碰撞挤压问题，并控制岩屑的下滑，从而大大减少了冒顶事件的发生。
第四，由于临时支护的阻力无法避免因围岩应力重新分配而造成的顶板位移，但却能够防止顶板的松动破碎。所以，临时支护的设计荷载主要依据可以承载松散剥离层的顶板岩石载荷的设计原则。
第五，顶板位移、断裂和分离主要发生在距周边巷道1～2m范围内，临时支护能力主要将顶板控制在该范围内。
2、机械设备的选择
2.1掘进机
由于我国煤矿开采技术的日益完善，各种各样的掘进机的研究不断的深入。目前经常使用的煤矿掘进机为悬臂结构掘进机。虽然悬臂结构掘进机的种类较为齐全，但也存在一些缺陷需要完善，例如：智能化程度较低。所以，提升掘进机的智能化程度，运用人工智能控制技术完成掘进机的自动切换与识别，增加掘进的稳定性与使用寿命，对提升掘进速度具有关键作用[1]。
2.2锚杆钻机
掘进机开挖过程完成后，为了确保工作面的顶板安全，控制围岩变形，需要使用锚杆机进行锚网等支护工作。锚杆钻机一般用于有工作条件的工作面支护工作。锚杆钻机取代了单钻杆钻机，提高了机械化程度和工作效率。然而，它对建筑空间要求很高，使用范围有限。
2.3运输设备
辅助运输装置可把开采的煤炭和石料运到作业场地，使得施工过程不受干扰。输送效率直接影响隧道挖掘效率。巷道掘进运输装置分为桥式转载机、刮板输送机、可伸缩胶带输送机、矿车等，这些运输装置可配合组成巷道掘进面运输系统。运输设备的选用与搭配应根据工作面的实际工作要求，经过检查和设计，以实现最佳运输效率。此外，应加强运输设备的日常维护和检修，确保运输设备的可靠性。
3、煤矿巷道掘进工作面临时支护技术的应用
目前，煤矿巷道掘进工作面临时支护技术主要运用前探梁临时支护、悬臂式掘进机临时支护和自移式掘进临时支护三种。
3.1前探梁临时支护
前探梁临时支护需要2根直径为φ89mm的钢管、4个前梁夹、一块铰链板、搭建施工用木板和几个支撑板。而且使用起来很麻烦。在煤被机器切割形成巷道后，在空屋顶区域，需要手动爬上梯子以构建工作台，并将前梁夹具拧到地脚螺栓上。多人合作移动前梁，铺设顶板，并用支撑板等将其牢固地支撑。
首先，这需要时间和精力。其次，由于被动支撑，没有初始支撑力，支撑能力大大降低。最后，人工作业是在空顶区域进行，这需要一定的时间，有着较高的操作风险[2]。
3.2悬臂式掘进机临时支护
悬臂式掘进机临时支护技术是根据悬臂式掘进机的特点建立的机载临时性支持技术。按照临时支护操作的规定，通过掘进机的提升操作，使临时支护装置及时架设到巷道上，或利用巷道导轨移动临时性支撑装置。悬臂掘进机临时支护设备应用于区间掘进机操作，能给巷道提供更好的安全保障，降低其工作压力。
3.3自移式掘进临时支护
第一，自移式掘进临时支护装置采用整体框架结构和独立的动力液压系统。
第二，自动驾驶临时支护装置，实现了采煤无支护-临时支护-永久支护的衔接过渡，可在一定区域内实现连续驾驶和连续支护。
第三，掘进工作面永久支护作业在临时支护装置后，作业空间大，安全性高。
第四，临时支护装置由液压系统控制，可实现自动移动和各种提升动作，降低工人的劳动强度。
第五，支撑强度应根据工作面压力设计，确定合理的初始支撑力，以满足支撑和移动框架的要求，避免初始支撑力过大，重复支撑造成顶板缺陷。
第六，形状和高度可根据实际工作面进行设计，以满足工作面的要求。
第七，通过优化设计，改善了装置的受力状况，提高了临时支护装置的使用寿命。
4、掘进工作面临时支护技术应用现状及存在的问题
4.1掘进工作面临时支护技术应用现状
在煤矿开采过程中，经常发生冒顶人员伤亡事故。事故原因多是由于煤矿掘进主要在空顶下进行，掘进过程中顶板会发生坍塌。因此，在安装永久支架之前，必须提供临时支护，以降低煤矿掘进工作面施工的难度和风险。根据《煤矿安全规程》的要求，煤矿开挖过程中必须消除空顶作业无临时支护的现象，及时安装临时支护装置。
因为临时支护是临时的，所以支架的强度和面积与永久支架之间存在很大的差距。其主要功能在于增强对煤矿掘进工作面顶板的保护功能，以增强顶板的稳定性，并保障顶板的施工人员。但在临时支护方法的运用上，因为煤矿开挖是通过巷道进行的，在施工过程中要露出顶板，因此临时性的保护力量往往不足，从而造成了安全水平的降低，人员伤亡不可避免。
近年来，煤炭临时支护方法的应用日益受到人们重视，使用了临时顶板保护装置，如支撑装置、柱墙、锚杆等，可以有效缓解开采过程中的作业面荷载，进而改变了煤炭开采时的冒顶风险。尤其是锚杆式支撑方法的使用，更能够提高了临时支护的能力，从而有效减轻施工人员的工作压力，改善煤矿开采的稳定性。
4.2掘进工作面临时支护技术应用存在的问题
4.2.1煤矿巷道支护技术落后
施工人员的开挖和支护技术决定了煤矿的安全开采。在技术相对落后的情况下，很容易导致无法预防安全事故和解决紧急情况。由于煤矿形式的多样性和有限的掘进技术，在复杂的地形中无法获得真正的保障。
4.2.2煤矿巷道支护方法存在的问题
在煤矿井下开采过程中，巷道支护方法的发展受多种因素的制约。巷道开挖支护是一种常用且应用广泛的方法。必须解决采空区侧巷道等复杂地形条件，否则容易产生底鼓等问题。
4.2.3煤矿巷道支护设备存在的问题
由于我国煤矿企业规模不同，开采量因地形和环境的不同而不同。在我国经济发展过程中，企业内部资本分布不均衡，对设备需求也不同。落后的设备影响采矿效率，容易导致时间和资源的浪费，增加事故发生的概率。如果煤矿企业仍然使用单一的传统过时设备，不及时更新，会降低地下开采效率，无法满足复杂地下开采环境[3]。
5、优化煤矿巷道掘进工作面支护技术的有效对策
提高采煤支护机械化水平、加强地质调查（特别是地质构造区的调查）、应对巷道变形的新掘进技术和设备是优化煤矿开采工作面支护技术的主要策略。
5.1提高采煤支护机械化水平
煤矿的支护作业中通常采用机械设备。按照现场安装要求正确选用机械设备。在现场开挖前，需要对其他施工人员做好现场周围的教育。通过培训，能够在一定程度上增强工作人员的专业技能和基础知识，增强对作业机械设备的认识，确保提升煤矿施工支护过程中的机械化水平。另外，煤矿施工机构需要经常对机器设备进行保养，有效减少机械设备事故的发生，从而保证设备的性能，延长设备的使用寿命。
5.2加强地质构造区调查
如果施工现场地质复杂，煤矿压力可能是独特的，这可能会导致顶板坍塌。在这种情况下，有必要加强支护。当施工位置靠近断层时，由于断层周围的应力相对集中，需要采用钻探方法进行探测，并加强支护措施，确保断层在推进前正常。一般情况下，相关数据可以通过地质调查获得，但在矿物厚度波动较大且储层条件特殊的地方，几乎不可能通过调查收集数据。对此，在煤层波动的位置，应注意煤层顶板的形状，科学选择施工措施，在保证巷道稳定的基础上，尽可能减少对顶板的破坏，避免顶板坍塌的发生。如果煤层顶板开裂，必须采取有效措施扩大支护，有效提高施工过程的安全性。
因此，必须根据顶板岩层的形状科学选择支护形式。现在大部分巷道将采用双巷道施工，因此有必要在施工组成中科学选择煤柱的宽度，以确保煤柱能够起到良好的支撑作用。煤柱的宽度不仅影响巷道顶板的稳定性，而且会影响支护形式的选择，因此，在支护过程中必须注意煤层顶板应力的相关数据，确保支护结构的科学合理性和开采工作的安全性。
5.3加强地质调查
地质信息和数据是煤矿采掘和支护的基本参考资料，直接影响采掘工作的效率和质量。在地质调查活动过程中，必须了解和分析煤矿的整体地质条件，充分分析围岩与巷道的关系，从而准确确定入口压力的方向，有效切断压力源，确保工作顺利进行。
锚杆支护工作具有系统性的特点，需要对地质问题、工程问题、设计问题、施工问题、应用标准、资金投入、使用寿命等各个环节的问题进行综合分析，制定相应的支护方案，确保支护效果。地质调查的目的是收集、整合和分析地质信息，这是方案建设的参考依据，必须充分实施，以确保支护达到预期效果。
5.4应对巷道变形的新掘进技术和设备
掌握巷道围岩变形范围，采用各种新的掘进技术，可以科学有效地为采矿提供定量依据。掌握巷道变形机理有助于利用新的掘进技术和设备应对各种情况，解决各种采矿问题。
6、结束语
目前我国临时支护技术存在很多需要完善的问题，这些问题直接影响了煤矿安全开采的进度。工作人员应采取合理措施改善工作面，加强工作面施工中的顶板和围岩管理，提高掘进工作面顺直支护质量和顶板前沿采空区管理的水平，保障煤矿安全顺利地生产。
参考文献:
[1]张兵.临时支护装置在煤矿掘进工作面的应用分析[J].当代化工研究,2020(24):84-85.
[2]赵利兵.机载式临时支护装置在综掘工作面的实践[J].西部探矿工程,2019,31(4):160-162.
[3]徐文鹏.煤层巷道掘进工作面临时支护装置应用研究[J].西部探矿工程,2020,32(6):163-164.
文章来源:王建霖.临时支护装置在煤矿掘进工作面的应用[J].矿业装备, 2023, (12): 19-21.
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期刊名称：矿业装备
期刊人气：337
主管单位：中国农业机械化科学研究院
主办单位：北京卓众出版有限公司
出版地方：北京
专业分类：煤矿
国际刊号：2095-1418
国内刊号：11-6027/TH
创刊时间：2011年
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2023-12-07
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