智能化綜采放頂煤掘進巷道復合支護技術研究

摘 要：近年來厚煤層綜采放頂煤技術得到長足發展，并已取得顯著的技術經濟效益。但在此項技術推廣應用過程中，兩巷支護改革是擺在眼前的最大問題。為解決兩巷支護難題，我礦通過支護改革實踐，形成了一套適用于智能化綜放工作面開采的支護形式。工作面機巷采用三心拱U型棚配合錨索梁、鎖腿梁支護，風巷采用半圓拱U型棚配合沿空側噴漿、注漿支護，最大限度保證支護效果并降低支護成本。

關鍵詞：松軟厚煤層；支護工藝改革；智能化綜采放頂煤；復合支護

0 前言

近年來，隨著煤礦采煤工藝由機械化逐漸向自動化、智能化開采發展，先進設備、先進工藝叢出不窮。但傳統上兩巷采用半圓拱U型鋼棚被動支護，存在兩巷超前管理工作量大、占用人員多、支護強度低、兩巷維護工作量大、受工作面動壓影響巷道變形量大，造成兩巷超前支架、端頭支架發揮不了應有作用等一系列問題，這些都是與安全高產高效回采相悖的。朱仙莊煤礦以8105工作面被選為集團公司第一個智能化綜放工作面試點面為契機，并在集團公司的大力支持下，我礦針對兩巷用途及設備使用要求，通過支護改革實踐，形成了綜采放頂煤掘進巷道復合支護技術。

1 概況

1.1 礦井概況

朱仙莊煤礦位于安徽省宿州市東13公里處，隸屬淮北礦業股份有限公司，走向長9公里，傾斜寬1.5～5.8公里，井田面積21.55平方公里。

1.2 工程概況

8105工作面位于礦井北部十采區四區段。8105工作面開采煤層為二疊系下石盒子組8煤層，8層煤為穩定的特厚煤層。宏觀煤巖類型以半亮半暗型為主，以塊狀、鱗片狀為主，煤層松軟，普氏硬度平均f：0.45，煤層傾向80°～138°、傾角5°～15°。

2 支護及施工工藝改革

2.1 原巷道支護形式及施工工藝

礦井8煤普氏硬度平均f：0.45，較松軟、易偏易掉，無法采用錨網索主動支護，傳統上8煤巷道支護采用29U半圓拱U型鋼棚被動支護，機巷、風巷斷面規格為腰寬×凈高=4671×3500mm（如圖1）。

該種支護方式為半圓拱U型鋼棚被動支護，巷道跟底掘進施工期間，綜掘機截割易出現片幫掉頂現象，采用人工挖掘嚴重制約綜掘單進。同時該支護在工作面回采動壓影響下，巷道變形量大、支護破壞嚴重，需要占用大量人力、物力、時間在兩巷進行維護，存在安全風險大、影響推進速度、防火壓力大、支護成本高、制約安全高產高效回采等一系列問題。

2.2 支護及施工工藝改革

為滿足8105工作面智能化綜放工作面回采需要，同時提高采掘效率，經過前期實踐及支護效果，決定8105機巷采用4800×3500mm“三心拱U型棚+頂部錨索梁+幫部鎖腿梁”復合支護（如圖2），風巷采用4645×3500mm“半圓拱U型鋼棚+沿空側噴漿、注漿”復合支護，兩巷支架均采用36U型鋼加工。

2.2.1 支護方案

⑴永久支護參數：8105機巷采用36U“三心拱”U型棚支護，斷面規格為4800×3500mm；8105風巷采用36U半圓拱U型棚支護，斷面規格為4645×3500mm。

⑵頂部錨索補強支護參數：8105機巷頂部施工2道錨索梁補強加固，錨索采用YMS17.8/6.3-1860型，錨索間距1000mm，錨索預緊力不小于120KN。

⑶幫部補強支護參數：8105機巷兩幫各施工2道鎖腿；8105風巷兩幫各施工3道鎖腿，鎖腿梁采用29U型鋼加工；8105風巷沿空側在噴漿前施工注漿錨桿，沿空側噴漿厚度≮100mm，砼強度C20。

2.2.2 施工工藝

由于8煤松軟、頂板極易片漏，傳統上綜掘機無法用于截割上部，只能靠人工挖掘，工人勞動強度大、效率低，只有解決煤頂片漏，才能綜掘設備高效充分發揮出來。在施工實踐中發現，使用超前注漿加固，封孔難度大、漿液擴散半徑小、注漿時間長、材料浪費嚴重，并且無法達到固結煤體作用。但在掘進迎頭超前施工密集骨架管可有效超前控制頂板煤層，杜絕了掉頂、片幫，也讓綜掘機可以正常進行全斷面截割作業，降低了工人勞動強度，提高了掘進效率。

超前密集骨架管迎頭棚梁下施工，間隔300mm布置，骨架管采用6′鋼管加工，長度2600mm，施工一次骨架管，可有效控制2個正規循環（單循環進尺1000mm）距離頂部煤體。

8105風巷沿空側小煤柱注漿，平均每孔注漿1.0袋水泥，注漿壓力達到1Mpa。留設的4m煤柱在8104工作面的采動影響下，裂隙較為發育，注漿質量較好，基本可以達到充填裂隙，對煤體起到固化作用。在8105風巷施工臨時避難硐室前，對臨時避難硐室進行提前注漿，通過施工開挖發現，漿液擴散半徑基本在600-700mm左右，尤其在噴漿層與煤體交接部位膠結更為明顯，可以有效充填裂隙，達到固化煤體作用，另一方面對沿空防火起到很大作用。

3 效果分析

3.1 支護效果分析

3.1.1 支護方案對比

⑴8103工作面與8105工作面位于同一采區，地質特點一致，采用4600×3500mm半圓拱U型棚被動支護，U型鋼規格為29U，巷道壓力顯現明顯，U型棚變形嚴重，嚴重影響回采使用，需要每天安排專人對兩巷進行維護。通過對巷道變形量監測發現巷高度平均收縮量為565mm，巷道高度收縮率16.1%，為巷道寬度平均收縮量為539mm，巷道高度收縮率11.7%，且巷道隨時間推移持續縮小，后期嚴重影響工作面回采。

⑵8105工作面采用“36U型鋼架錨”復合主動支護，設計斷面為4800×3500mm，巷道開挖后U型棚變形量較小，基本杜絕U型棚變形的情況發生。通過對巷道變形量監測發現：巷高度平均收縮量為175mm，巷道高度收縮率5%，為巷道寬度平均收縮量為115mm，巷道高度收縮率2.4%，且巷道基本在開挖30天左右趨于穩定。

⑶效果對比

復合主動支護相較于架棚被動支護有明顯優勢，巷道抗壓強度顯著增強，巷道變形量顯著減小，且巷道趨于穩定的時間較短，更有利于后期工作回采。

4 結論

⑴朱仙莊煤礦綜放工作面煤頂下支護改革取得重大突破。采用“架錨”復合支護解決了多年來煤頂下巷道支護強度低，巷道變形量大的難題，實現了變煤頂下巷道被動支護為主動支護，支護強度顯著增強，顯著提高了巷道支護的安全性。

⑵超前骨架實現了超前固化前方煤體，提高了綜掘機的利用率，大大降低了職工勞動強度，提高了掘進機械化單進。

⑶復合支護技術，支護強度得到了保證，我們可以根據兩巷用途不同，將機巷變成“三心拱”斷面支護，更加適應超前支架高效使用，為下一步工作面采用智能化回采工藝提供了空間保障，進而保證工作面安全高產高效，減輕了防火壓力。

⑷巷道變形量較小，工作面回采期間兩巷維護工作量較小。既減少了兩巷維護的用工量，又減少了兩巷維護二次支護材料的投入，實現了機械化、職能化減人，降低了成本。

參考文獻：

[1]煤礦巷道支護中濕噴技術的應用[J]. 孫偉. 內蒙古煤炭經濟. 2016（23）

[2]淺談煤礦巷道支護類型的選擇[J]. 武曉維. 山東工業技術. 2017（08）

作者簡介：

梁振敏（1990.07--），男，漢族，安徽淮北人，本科，助理工程師，主要從事煤礦技術管理工作。