試論大采高工作面切眼掘進支護技術

李國良

摘 要：隨著我國科學技術的開展，我國煤礦業的開采設備也在不斷的進行更新，設備使用的技術性也是越來越強，因此在煤礦中的開采力度也是不斷加大，為滿足對煤礦開采的需要，大采高工作面切眼掘進支護的技術在開采中的運用也是愈加重要，這項技術的具體運作，需要根據不同煤礦的情況進行設計，本文根據某煤礦的基本情況，分析在其煤礦開采過程中工作面切眼掘進支護技術的運用。

關鍵詞：大采高工作面；切眼；掘進支護技術

引言

煤礦的開采過程中為了使其采煤工作面形成一套獨立的回風系統，在運輸巷和回風巷之間沿煤層掘進一條巷道，其主要作用除了通風外也是在其內布置采煤工作面所需要使用的各種設備，此巷道在綜采工作面實際的回采中必不可少，開切眼即是指對此巷道的施工。隨著綜采工作面開采技術的提升，采煤工作面開采的深度也隨之加深，工作面寬度逐漸加寬，煤礦中工作面切眼的掘進施工也顯得更加重要。當煤礦在開采時遇到特殊地質構造無法通過其它方式通過時，也必須在工作面中另開切眼進行施工。切眼的掘進施工必須考慮到工作面的地理位置、地質條件、采面回采率以及工作面的煤層分布等因素，在切眼施工時必須及時的對切眼進行支護，保障切眼的穩定性與安全性，保障工作面巷道施工的順利進行。

1 工作面基本條件

在進行切眼掘進支護技術之前，施工設計人員必須首先了解煤礦的基本條件，例如：工作面所處位置、工作面預計可開采的煤炭產量、可開采煤層的厚度以及深度，還要了解工作面層厚度的變化情況以及在回采過程中礦井內涌水量的情況等，詳細掌握煤層的基本情況，了解工作面所在地區的地理位置以及巖石土壤分布的特點，可以使施工設計人員完善施工方案，將多種可能性都包含其中，有利于在實際的施工中減少施工的誤差，提高煤炭開采的工作效率。本文所選工作面基本條件如下敘述。

1.1 地質構造

1.1.1 掘進區煤層傾向南西，煤層較為平緩，傾角1-3°；上覆基巖約146-198m，松散層約0-36m。煤層裂隙水較充沛，將對正常掘進造成一定影響。

1.1.2 從鄰近資料看，掘進區內無大的地質構造影響。但不排除局部小型構造或在煤層頂部有同生沖刷構造存在的可能性，應視具體情況適當調整巷道坡度。

1.1.3 從已揭露煤層看，該區域煤層厚度6.5m左右。

1.2 水文情況

1.2.1 該區域內上覆基巖及松散層含水較為充沛，根據鄰近工作面掘進情況，屆時會出現頂板淋水現象。預計正常涌水量在10-30m3/h之間。

1.2.2 掘進巷道上方存在采空區積水，層間距30-45m，掘進過程中淋水主要為煤層及頂板裂隙水，要留設足夠的頂煤，并確保排水設備正常運行，建議排水能力設置在60m3/h以上。

1.3 圍巖特征及煤層賦存情況

1.3.1 掘進煤層頂板巖性以砂質泥巖及砂巖類粗、中、細沙巖為主，抗壓強度19.59～37.68Mpa，含水率一般為1.53%，軟化系數0.60～0.63。底板為泥巖及粉砂巖，抗壓強度為16.16-39.62MPa，一般為38.96Mpa。含水率2.60%，軟化系數0.45。底板較為松軟，遇水泥化較為嚴重。

1.3.2 掘進煤層較穩定，該區域厚度6.5m左右。煤呈黑色，以暗煤、亮煤為主，鏡煤次之，呈條帶狀分布，絲炭分布于層面，斷口平坦，裂隙發育。煤層頂底板情況詳見表1。

1.3.3 根據《某煤礦2016年瓦斯等級鑒定報告》，掘進工作面瓦斯絕對涌出量0.1m3/min，二氧化碳絕對涌出量0.2m3/min，為低瓦斯礦井。煤塵具有爆炸性，平均地溫1.7℃/100m，無地溫異常。

1.3.4 根據《2017年某煤礦開采煤層最短自然發火期及標志性氣體確定報告》，掘進煤層屬于Ⅰ類容易自燃煤層，最短自然發火期為41天。

2 巷道的掘進特點

巷道的特點是制定最終掘進設計的關鍵，施工設計人員要根據巷道的深度、煤層的分布以及煤層底板的性質進行分析，需要注意煤層厚度的分布規律，及時查看煤層煤體以及煤層頂板在施工中的情況，查看其是否存在破碎的情況，破碎程度如何，最后還要查看煤層中斷層的位置，依據斷層的位置進行相應的施工設計。

巷道在掘進期間主要用于掘進工作面的主、輔助運輸，供電電纜鋪設，供排水、壓風管路鋪設，巷道回風，掘進之后22411切眼用于22411綜采工作面安裝及初采。

掘進巷道全部為煤巷，所在煤層為22煤，煤層底板標高為1048-1059m。所有巷道均沿煤層底板掘進。

巷道全部設計為矩形巷道。22411切眼長度301m，巷寬9.8m、高5.1m（分兩次成巷和拉底），切眼內包括兩端頭共設計8個調車硐室，每個調車硐室長度15m；22410回順反掘長度180m；回順與運順之間掘進2個垂直聯巷，每個聯巷長度18m，巷道掘進總長度938m。

本掘進工作面使用掘錨機掘進，同時掘錨機支護頂板及兩幫上部兩排錨桿；使用連梭車、運一號車、帶式輸送機運煤；使用局部通風機壓入式供風；人工延續帶式輸送機；人工接續供排水管路、壓風管路，鋪設電纜并補打兩幫下部兩排錨桿。

3 支護參數的確定原則

在現代煤礦巷道的掘進中，隨著開采工作難度的上升，近年來許多的掘進事故表明錨桿技術已經不能只注重錨桿的強度，錨桿在實際的使用中還應該注重其與施工周圍巖石的協調性以及整體性。在錨桿的設計以及支護時必須注重協調周圍巖石的承重能力，將錨桿上的受力分散到巖石當中，如此才能將錨桿的作用發揮到最大，從而提高周圍巖石的強度，使其與錨桿共同形成一塊“梁板”，保障巷道的穩定性，提高巷道施工的安全性。在新興的錨索技術中不僅具有普通錨桿的作用，如：加固、組合梁等錨桿的一般作用，還具有懸吊的能力，此技術可以使巷道的頂板形成堅固的錨吊梁，增加頂板的穩定性，并且在巷道中形成較多的支撐點，可以有效的減少頂板可能出現下沉的情況，加固整個巷道的穩定性。

根據現在對錨桿的要求，在切眼的實際以及施工時以錨桿的支護來制定巷道支護參數的原則，一般情況下有五種原則：一是以錨桿的最高的承載力為準，根據巷道掘進的實際情況，對支護的錨桿進行加長或是使用全長錨固錨桿；二是直接增加錨桿自身的承受力度，增加錨桿的剛度以及強度，使其能夠承受更大的重壓；三是在支護時計算出錨桿承載能力的最大值，使其作為錨桿承重的臨界值，在對錨桿進行支護工作時，其支護的力度以及剛度不能小于錨桿承重的臨界值；四是在支護時必須保障其錨桿的穩定性，即是支護的設計必須與錨桿一樣具有較大的強度以及剛度，使其在實際的巷道掘進中具有良好的可靠性；五是在支護的工作中使用“聯合支護”的方式，即是先使用錨桿支護進行加固提高巷道的穩定性，再使用錨索支護、“木垛”、“架棚”等進行大規模、密集型的加固支護，兩種或多種支護方式相結合，增加巷道的穩定性，提高巷道建設以及后續采礦挖掘工作的安全性。

所選工作面根據地質資料及相鄰工作面支護設計，采用工程類比法選擇錨網支護，即使用錨桿將頂板加固形成“組合梁”，并將其用錨索懸吊于較堅固的巖層中。根據掘錨機本身的支護工藝，確定巷道頂板采用“錨桿+冷拔絲網+錨索”聯合支護，巷道正幫采用“玻璃鋼錨桿+塑料網+木托盤”聯合支護，巷道副幫及聯巷、硐室兩幫采用“圓鋼錨桿+冷拔絲網”聯合支護。

4 切眼的施工工藝

4.1掘進工藝

4.1.1割煤

在割煤的過程中首先要確定掘進技術，本文中所選煤礦22441切眼挖掘中選擇使用掘錨機掘進巷道一次成形的掘進方式。

掘錨機截割時，首先升起截割滾筒將截割滾筒調整至巷道中部，收回截割滾筒，行走掘錨機使截割滾筒與前方煤壁接觸，然后升起掘錨機臨時支撐，啟動截割滾筒與運輸機，伸出截割滾筒，切入煤體從中部向上截割至頂板，然后再向下截割。當割到煤層底板時，收截割滾筒，拉底煤，保證巷道高度且使巷道底板平整，裝完余煤，完成一個截割循環。再次將截割滾筒調整至巷道中部，進行下一個循環。掘進過程中由于掘錨機采用隨掘隨支（掘1m支1m）的掘進方式。

4.1.2裝煤以及運煤方式

利用掘錨機的裝載、運輸機構來完成裝煤工序。掘錨機上設有裝載機構（裝煤鏟板和三星輪裝載機構）和輸送機。掘錨機割煤時，煤落在裝煤鏟板上，同時三星輪連續運轉，將煤炭裝入中部運輸機，運輸機再將煤裝入后面等待的梭車料斗內。梭車將煤運輸并卸載到連運一號車料斗內，連運一號車將煤破碎并轉運到帶式輸送機上，帶式輸送機將煤運送到地面原煤倉。

4.1.3支護設計

生產過程中由掘錨機頂鉆箱完成頂錨桿及錨索的支護工作，由掘錨機側鉆箱完成兩幫上部兩排幫錨桿支護工作，每天早班由檢修班人員使用煤電鉆人工補打兩幫下面兩排幫錨桿。

4.1.4清理浮煤

掘錨機裝煤灑下的浮煤由煤機司機在交接班前用煤機清理一遍，剩余少量余煤在早班使用裝載機及人工清理干凈；巷道帶式輸送機下灑下的浮煤，帶式輸送機停機檢修后安排專人進行清理。

5 切眼支護工藝

5.1切眼支護的具體數據

5.1.1頂板錨桿支護

（1）22441切眼頂板使用Φ22×2200mm螺紋鋼錨桿加冷拔絲網支護。錨桿排距1000mm，每排8根，矩形布置，從正幫到副幫間距為：

600mm-1400mm-1400mm-1300mm-1000mm-1100mm-1400mm-1200mm-400mm。

（2）22441切眼調車硐室頂板使用Φ18×1800mm圓鋼錨桿加冷拔絲網支護。錨桿排距1000mm，每排4根，矩形布置，間距為：

500mm-1500mm-1400mm-1500mm-500mm。

（3）22440回風順槽反掘段頂板及使用Φ18×1800mm圓鋼錨桿加冷拔絲網支護。錨桿排距1000mm，每排4根，矩形布置，從正幫到副幫間距為：

600mm-1400mm-1400mm-1400mm-600mm。

（4）兩順槽間聯巷頂錨桿支護形式和22440回風順槽反掘段一樣。

5.1.2頂板錨索支護設計

（1）22441切眼頂板使用φ21.6×8150mm錨索支護。排距2000mm，每排4根，矩形布置，從正幫到副幫間距為：

1800mm-2000mm-2300mm-2400mm-1300mm。

（2）22441切眼硐室頂板使用φ17.8×6150mm錨索支護。排距3000mm，每排2根，矩形布置，間距為：

1800mm-1800mm-1800mm。

（3）22440回風順槽反掘段頂板使用φ17.8×6150mm錨索支護。排距3000mm，每排2根，矩形布置，從正幫到副幫間距為：

1700mm-2000mm-1700mm。

（4）兩順槽間聯巷頂錨索支護形式和22440回風順槽反掘段一樣。

5.1.3幫網支護

（1）22441切眼正幫使用φ22×2000mm玻璃鋼錨桿加塑料網加木托盤支護，錨桿排距為1000mm，每排4根，矩形布置，從頂板到底板間距為：

600mm-1200mm-1200mm-1200mm-900mm。

（2）22441切眼副幫使用φ18×1800mm圓鋼錨桿加冷拔絲網支護，錨桿排距為1000mm，每排4根，矩形布置，從頂板到底板間距為：

600mm-1200mm-1200mm-1200mm-900mm。

（3）22441切眼調車硐室兩幫使用φ18×1800mm圓鋼錨桿加冷拔絲網支護，錨桿排距1000mm，每排4根，矩形布置，從頂板到底板間距為：

600mm-1000mm-1000mm-1000mm-900mm。

（4）22440回順正幫使用φ22×2000mm玻璃鋼錨桿加塑料網加木托盤支護，錨桿排距1000mm，每排4根，矩形布置，從頂板到底板間距為：

300mm-1100mm-1100mm-1100mm-800mm。

（5）22440回順副幫使用φ18×1800mm圓鋼錨桿加冷拔絲網支護，錨桿排距1000mm，每排4根，矩形布置，從頂板到底板間距為：

200mm-1100mm-1100mm-1100mm-900mm。

（6）兩順槽間聯巷兩幫錨桿支護方式和22440回順副幫一樣。

5.2支護工藝

5.2.1頂錨桿支護工藝

（1）鉆眼。當掘錨機完成一個截割循環后，將掘錨機臨時支撐降下，掘錨機向前移動1m，然后升起臨時支撐。支護工根據設計間排距確定好眼位，然后將鉆桿安裝在掘錨機鉆箱上，然后上升鉆桿使鉆頭頂住頂板，打眼時操縱鉆機旋轉閥及進給閥，進行鉆眼。當鉆桿鉆入設計深度時，反向進給，同時繼續保持鉆桿旋轉，將鉆桿退出，錨桿眼必須打在網片搭接處，打眼過程中掘錨機割煤。

（2）鋪網。打眼完畢后，掘錨機司機停止割煤，降下臨時支撐，支護工將網片平放在臨時支撐上，然后掘錨機司機升起臨時支撐頂起網片緊貼頂板，支護工綁扎網片，鋪網工序完成。頂網鋪設要求與上一片網搭接間距100mm，并使用14#綁絲按照間距300mm綁扎牢固，綁絲外露部分統一朝向掘進方向。

（3）安裝錨桿。鋪網完成后，支護工將樹脂藥卷放入鉆眼內，然后用錨桿頂住藥卷鉆入鉆孔內，在錨桿下端放入攪拌器，升起鉆箱直至錨桿底部到達眼口約20mm處，轉動攪拌器攪拌樹脂，時間約10～12秒，然后升起托盤緊貼頂板，并等待10～30秒，然后擰緊螺母即可。安裝錨桿過程中掘錨機割煤。

（4）緊固錨桿。待樹脂凝固后，旋轉鉆箱緊固錨桿（此時不能給進），使其扭矩達到120N·m以上，錨固力不小于60KN（必要時人工進行二次緊固）。

（5）檢查錨桿。掘錨機上支護工利用空余時間使用扭矩扳手對已緊固的頂錨桿進行扭矩檢查。

5.2.2幫錨桿支護工藝

掘錨機幫錨桿支護工藝與頂錨桿支護工藝相同。正常掘進過程中，掘錨機支護上面兩排幫錨桿，檢修班使用煤電鉆人工補打下面兩排幫錨桿。兩幫鋪網時支護工將網片隨掘進循環展開，平整地鋪到巷幫上，并與頂幫網搭接。鉛絲網及塑料網與冷拔絲網搭接200mm、塑料網與塑料網網搭接200mm、鉛絲網與鉛絲網搭接100mm。搭接處用14#綁絲綁扎，綁扎間距300mm，頂幫搭接綁扎后綁絲外露部分朝向巷幫，兩幫搭接綁扎后綁絲外露部分豎直向下。

5.3.3錨索支護工藝

掘錨機施工錨索與施工頂板錨桿工藝一致。硐室鎖口及抹角剩余部分錨索使用兩臂錨桿機施工。使用CMM2-15型兩臂錨桿機施工錨索時，嚴格按照CMM2-15型兩臂錨桿機安全技術操作規程及錨索支護標準作業流程進行作業。錨索施工作業順序為：定位、鉆眼、安裝錨索、張拉錨索、檢查錨索。

結束語

在所選煤礦開切眼的工作中，使用文中的方式進行切眼的支護效果十分良好，并且根據所選煤礦的實踐得出在斷層或斷面較大的情況下，可以采取分布施工使用二次掘進的方式，減少施工的難度，推動施工的進度。此方式可以給同類型的煤礦開切眼時提供參考價值。開切眼有助于煤礦工作的順利進行，切眼在實際的煤礦開采中作用也十分的重要，所以在對煤礦進行開切眼時一定要對煤礦進行綜合的考察，在開切眼的過程及時的進行支護的工作，保障巷道內的穩定性與在巷道施工時的安全性，推進施工工程的進度。

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