急傾斜堅硬頂板工作面快速掘進支護技術

武瑞鑫

（山西焦煤集團公司官地礦， 山西 太原 030022）

山西某煤礦12503急傾斜切眼掘進采用光面爆破二次成巷的施工方式，先導硐后擴刷。切眼導硐沿煤層頂板掘進，擴刷采用錨網索支護后，切眼中部打一排帶帽支柱進行加強支護。一方面采用光面爆破可以盡量減少對圍巖的破壞，另一方面上下巷都釆用膠帶運輸，可以利用搪瓷溜槽搭接膠帶實現煤矸的運輸，且巷道傾角大，爆破后煤矸可自溜至下巷膠帶，減少工人勞動強度[1]。

1 12503南切眼施工技術難題及解決方案

12503南切眼實測傾角平均45°，局部傾角53°，長238 m，巷道設計凈寬8 m。一方面，頂板為灰巖，巷道施工、運料及人員上下非常困難，特別是由于切眼傾角大，爆破后煤矸自然滑落，無穩定工作平臺、巷道易飛矸傷人；另一方面，厚層破碎頂板維護難度大。針對這些問題，制定了一系列解決方案。

1）解決人員行走困難：采用人矸分離的方法施工。人行道側使用鐵梯子作為行人時的臺階，方案鐵梯子距離迎頭不超過15 m，15 m以上使用鋼絲繩編織的軟梯；每隔2 m施工一個木支柱，使用棕繩作為防護繩，人行道一側為鋼梯扶手，另一側為護繩。

2）解決掘進迎頭施工困難：爆破作業時搭建工作平臺。使用2根圓木、圓環鏈及木板搭建工作平臺。首先，將鏈子一頭拴至迎頭頂板錨桿并加備帽，將圓木一頭固定在鏈子上，一頭埋入迎頭預先掏出的柱窩內，保證圓木成水平狀態，然后將木板橫放在圓木上，并用鐵絲固定牢固。

3）防爆破后矸石大面積下滑措施：切后，在切眼下頭設置緩沖煤倉，防止爆破后的煤矸大面積滑下，淤積于膠帶機尾。利用圓木支柱、工字鋼搭設，確保牢固可靠；下口留長0.5 m、寬0.5 m的溜煤口，爆破前安設擋板，爆破后抽出放煤直接緩沖倉從切眼下頭距切眼開門3~5 m位置開始往切眼內打設，采用膠帶機尾直接沿至切眼下頭，緩沖倉出矸口跟溜槽直接上膠帶的方式出矸。運輸巷掘到位后，退綜掘機到切眼開門點往外，采用炮掘法開始切眼開門掘進，掘進煤矸采用綜掘機出矸上膠帶，開門掘進15 m左右時，從切眼開門點往上3~5 m位置開始邊掘進邊施工緩沖倉[2]。

4）防飛矸彈射損傷頂板支護結構措施：由于切眼傾角大，遠遠大于煤矸自然安息角，在重力作用下，煤矸爆破，（人工出矸）后加速下滑，與阻擋物碰撞后彈射撞擊頂板，損傷頂板錨固支護結構，使破碎頂板層理、節理結構面進一步發育，錨桿喪失錨固力，錨固結構失效；為防止飛矸損傷頂板支護結構，擬采用頂板吊掛廢舊膠帶的方式柔性抗沖擊，吸收飛矸動能，阻止其彈射撞擊頂板損傷支護結構。

5）頂板巖石的穩定控制措施：在巷道跨度加大到8 m情況下，頂板的穩定控制無疑是一個棘手的問題。針對此特殊頂板情況提出厚層不穩定頂板巷道內外承載結構模型。另外，對松散破碎范圍大的煤體巷道使用錨桿錨索支護，通過錨桿支護作用對松散破碎區內的圍巖進行組合梁加固和錨索的補強支護，將其鋪固到深部圍巖頂板，進一步強化了內承載結構的承載能力。

2 急傾斜大斷面切眼支護參數確定

2.1 臨時支護

輕便玻璃鋼單體作為臨時支護：巷道臨時支護采用3顆輕便玻璃鋼單體做臨時支護，玻璃鋼單體重量在25 kg左右，采用防塵水注液，移動便捷，操作簡單，支撐壓力可靠。

2.2 頂板永久支護

2.2.1 施工導硐時永久支護

1）頂板采用錨帶網支護，錨桿間排距為1000mm×1000 mm，鋼帶使用規格為280 mm×5 mm的“W”鋼帶，網使用一層鋼筋網加一層雙向拉伸塑料網，錨桿為Φ22 mm×2500 mm等強螺紋鋼式樹脂錨桿，每根錨桿配3節MS22835樹脂藥卷，錨固長度不低于1050 mm。

2）頂板打錨索梁加強支護，沿導硐中心線兩側各1000 mm處，每隔3.0 m布置一架錨索梁，錨索梁為雙頁眼距為2.0 m的“W”鋼帶（280 mm×5 mm）疊加，錨索規格為Φ17.8 mm×6200 mm鳥巢式錨索，每根錨索配5節樹脂藥卷，錨固長度不低于1500mm，打設錨索時，錨索外露長為150~200 mm，錨索外加300 mm×300 mm×12 mm錨索托盤貼緊鋼帶支護，安裝完后進行拉緊，緊固起錨具壓緊托盤。錨索設計錨固力不小于200 kN，錨索張拉預緊力控制在80~100 N，結索梁緊跟迎頭施工[3]。

3）老空側巷幫采用錨帶網支護，錨桿間排距為1000 m×1000 m，鋼帶使用 280 mm×3 mm 的“W”鋼帶搭接支護，網使用一層雙向可拉伸塑料網，錨桿為Φ22 m×2500 mm等強螺紋鋼脂錨桿，每根錨桿配2節MSZ2835樹脂藥卷，錨固長度不低于700 mm。

4）刷幫側巷幫采用錨桿配“W”托盤支護，錨桿間排距為1200 mm×1200 mm，錨桿采用Φ20 mm×1800 mm全螺紋玻璃鋼錨桿，每根錨桿配2節MS2835樹脂藥卷，錨固長度不低于700 m。

2.2.2 刷幫后永久支護

1）刷幫后，頂板采用5根Φ20 mm×2500 mm等強螺紋鋼式樹脂錨桿配“W”（280 mm×3 mm）鋼帶網支護頂板（與導硐頂板鋼帶搭接一個眼），間排距為1000 mm×1000 mm，頂板使用一層鋼筋網加一層雙向可拉伸塑料網支護。

2）頂板打錨索梁加強支護，切眼刷幫時沿刷幫斷面巷道中心線每隔3.0 m布置一架錨索梁，錨索梁為雙頁“W”鋼帶（280 mm×5 mm）疊加，錨索規格為Φ17.8 mm×6200 mm鳥巢式錨索，每根結索配5節樹脂藥卷，錨固長度不低于1500 mm。

3）切眼刷幫后，在巷道中心線位置沿巷道走向支設木點柱支護頂板，柱距1.2 m。

4）推采巷幫采用4根Φ20 mm×1800 mm的全螺紋玻璃鋼錨桿配300 mm×300 mm×40 mm木托盤加雙向可拉伸塑料網支護，錨桿間排距為1000 mm×1000 mm。當巷道遇構造、煤體破碎松軟或巷道有淋水時，及時縮小巷幫錨桿布置間距，提高巷幫支護強度。

2.3 支護效果分析

通過頂板離層儀觀測表明，圍巖深部位移受初掘和刷大的影響，刷大時導致深部位移明顯增大。由于錨網支護結構的整體性較好，加上中間支柱的支撐作用，雖然切眼跨度較大，但是應用內外承載結構控制原理，采用“三高”支護技術后，巷道頂板無明顯離層，巷道圍巖得到有效控制。

3 施工工藝流程

1）炮掘工藝流程：交接班檢查、準備→校對中線→灑水防塵→打眼裝藥爆破→灑施工工藝流程水防塵→爆破站崗→炮后撤崗→敲幫問頂→臨時支護→校對中線→永久支護→清理出煤→下一循環。

2）臨時支護工藝流程：安裝工作平臺→敲幫問頂清除傘檐→前移前探梁→固定防滑鏈→鋪設并連接鋼筋網、塑鋼網、“W”鋼帶。

3）永久支護工藝流程：打頂部錨桿→打幫部錨桿。

4）快速移動操作平臺：由于切眼傾角大，為確保安全和施工方便，需人工支設操作平臺隨著工作面不斷向前推進，平臺也需不斷向前移動，平臺前移的效率，對掘進速度有很大的影響，移動操作平臺的傳統方法是采用40 t鏈條、圓木、木板支設一個操作平臺，進行臨時支護等操作，但是爆破后拆卸平臺時，人員無可靠的操作空間，向上拖圓木時人容易滑倒，施工十分不便。為此，采用支設兩個操作平臺進行作業，隨著工作面的推進，平臺交替前移，實現了操作平臺的快速移動。

4 取得效果

1）通過創新型安全操作平臺，實現了工作平臺的快速移動，降低了施工難度，為切眼安全快速施工奠定了基礎。

2）優化勞動組織，采用光面爆破二次成巷的施工方法，實現了急傾斜大斷面切眼月進120 m的成績，為工作面的安裝爭取了時間。

3）采用錨網、錨索加支柱的聯合支護方式，有效控制了頂板下沉，降低了巷道維護成本。