掘進工作面臨時支護技術研究與應用

任利冬

（山西煤銷集團金達煤業(yè)有限公司 山西呂梁 032300）

巷道掘進作為煤礦生產系統(tǒng)的重要組成部分，是工作面安全高效回采的前提[1-2]。近年來由于掘進技術裝備的不斷發(fā)展，巷道掘進效率得到了較大幅度的提高，在一定程度上緩解了采掘失衡，然而，由于掘進端頭作業(yè)空間有限，成巷初期巷道圍巖穩(wěn)定性差，若不能及時支護，巷道頂板破碎巖塊極易發(fā)生脫落，有時會導致人員傷亡和設備損壞。因此端頭區(qū)域的及時支護對巷道安全掘進具有十分重要的意義[3]。本文以金達煤礦10401 工作面運輸順槽為工程背景，對巷道臨時支護技術進行了研究，為掘進工作面安全快速推進奠定了基礎。

1 工程概況

10401工作面所采煤層為石炭系下統(tǒng)太原組10號煤層，煤層平均厚度為6.5 m，采用綜放工藝進行回采，其中采2.8 m，放3.7 m。10401 運輸順槽布置于10 號煤層內，沿煤層底板掘進，巷道設計為矩形斷面，掘進寬度為4.5 m，掘進高度為2.8 m，掘進長度為1 520 m。巷道頂板為部分煤層，煤層上部直接頂為砂質泥巖，平均厚度為7.3 m，砂質泥巖上位基本頂為K2石灰?guī)r，平均厚度為4.1 m；巷道底板為泥巖及砂質泥巖，平均厚度為3.8 m。

巷道采用錨網(wǎng)索加鋼帶聯(lián)合支護，頂板采用為φ20×2 400 mm 型左旋無縱筋螺紋鋼錨桿支護，加長錨固，間、排距均為1 000 mm；頂板錨索采用φ17.8×5 300 mm 型高強度鋼絞線支護，間距為1 800 mm，排距為2 000 mm。兩幫均采用φ20×2 400 mm型左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間距為1 200 mm，排距為1 000 mm。

2 掘進臨時支護技術

在以往的掘進過程中，錨桿支護時間長、端頭區(qū)域空間有限，施工相對困難，在一定程度上制約了掘進速度，此外空頂區(qū)域破碎巖層時有冒落，給工作面帶來了一定的安全隱患。

基于上述存在的問題，為掘進端頭區(qū)域的安全性及推進速度，優(yōu)化施工工藝，在工作面端頭區(qū)域布置了ZL2×1400/21/29 型超前臨時支護裝置，布置于掘進機上部進行及時支護，主要技術參數(shù)如下：

高度范圍： 2 100 mm～2 900 mm

支護寬度： 4 000 mm

額定工作阻力：2 800 kN（P=30 MPa）

額定初撐力： 1 865 kN（P=20 MPa）

立柱內徑：φ145 mm

支護強度： ＞0.05 MPa

底板比壓： ≤1.5 MPa

支架控制方式： 手動/遙控

圖1 ZL2×1400/21/29型超前臨時支護裝置

臨時支護裝置采用“內外”配套式結構，有兩架單元體支護裝置組成，通過頂梁連接，支護單元體設計為窄型底座及框架式整體頂梁，并采用窄型四連桿機構，底座之間通過推移油缸連接，可隨著工作面推進通過推移油缸推拉實現(xiàn)及時移架，支撐裝置整體結構緊湊、穩(wěn)定，對頂板適應性強，可充分發(fā)揮“以護為主，支、護結合”的作用效果，支撐裝置初撐力可根據(jù)巷道破碎情況及時調整，最大限度的降低對巷道頂板的影響。支撐裝置在臨時支護范圍內可與錨桿實現(xiàn)協(xié)同支護，同時可有效防止頂板破碎大塊度巖體冒落造成的人員傷亡和設備損壞，提高了掘進工作面安全性。

臨時支護裝置移架工藝：掘進機掘進一個循環(huán)后停止掘進，外側支架降架，及時伸出推移油缸，外側臨時支護裝置向前移動而內側支架保持支護狀態(tài)不動，及時支護巷道空頂頂板，之后通過收縮推移油缸，外側支架保持支護狀態(tài)不動，內側支架降架向前拉移，完成一次支護循環(huán)，在議價過程中始終有一架支架處于支護狀態(tài)，可充分維護巷道頂板。

3 掘進工藝優(yōu)化

10401運輸順槽采用EBZ120型掘進機掘進，以往的掘進過程中采用隨掘隨錨的及時支護方案，即進尺1 000 mm 后掘進機停機，及時鋪設金屬網(wǎng)及鋼帶，在頂板打設5根頂錨桿，同時在每幫打設2根幫錨桿，最下部幫錨桿及頂板錨索滯后工作面支護，工作面月均掘進距離為240 m。

采用ZL2×1400/21/29 型超前臨時支護裝置后，支護工藝變?yōu)椋壕蜻M過程中臨時支護裝備隨掘進機及時移架，掘進機連續(xù)進尺2 000 mm 后停機，人工補打錨桿，其中頂板每排預先布置3 根錨桿，中部布置1 根，兩邊分別布置1 根，兩幫按“1-2-1”的形式打設錨桿，當某一幫預先打設1根錨桿時，錨桿打設在幫部上方，另一幫對應打設2 根錨桿，布置于幫部上方及中部。在預先打設的錨桿及臨時支護裝置的共同支護下巷道可以保持相對穩(wěn)定，剩余幫部下方錨桿錨桿及頂板錨索在掘進機后方打設，縮短了前期打設錨桿所消耗的時間，有助于加快掘進速度，提高掘進效率。

4 應用效果

ZL2×1400/21/29型掘進工作面臨時支護裝置布置于10401工作面運輸順槽，目前巷道移近掘進完畢，井下使用期間掘進工藝得到了一定的優(yōu)化，巷道總體掘進時間與以往相比縮短了約40%，巷道月平均進尺提高至390 m，提高了62.5%。此外，使用期間在支護范圍內巷道圍巖保持了整體穩(wěn)定，無破碎巖塊冒落現(xiàn)象發(fā)生，與錨桿具有良好的協(xié)同支護效果。

5 結語

本文以金達礦10401綜采工作面運輸順槽為工程背景，并針對以往無臨時支護掘進工作面存在的問題，確定了巷道掘進工作面臨時支護方案，優(yōu)化了施工工藝。現(xiàn)場實踐表明，使用類型臨時支護裝置后，在保持巷道頂板穩(wěn)定的基礎上，掘進速度得到了提高，具有良好的安全技術及經濟效益。