遺留煤柱切眼邊擴邊安技術優(yōu)化的實踐

常 盛，閆騰騰

(1.山西焦煤 西山煤電屯蘭礦，山西 古交 030200; 2.山西焦煤 西山煤電西曲礦，山西 古交 030200)

在煤炭開采過程中，需要對原有的工作面切眼進行擴幫支護。在擴幫過程中，傳統(tǒng)的一次擴幫技術因巷道跨度較大、頂板暴露時間過長而出現垮落失穩(wěn)，無法保證切眼擴幫期間的頂板穩(wěn)定性，并可能影響巷道的通風、行人和運輸安全[1]，給后期設備安裝帶來困難。相較于正常回采工作面的切眼，遺留煤柱的切眼處于圍巖應力疊加區(qū)域，傳統(tǒng)的擴幫方式可能造成頂板破碎甚至冒頂等嚴重安全事故[2]，更需對切眼擴幫作業(yè)進行工藝技術優(yōu)化。

西曲礦為實現工作面切眼安全高效擴幫及安裝，并有效對頂板進行支護，決定采用邊擴邊安+側卸式裝巖機+皮帶拐彎裝置的組合優(yōu)化方式，創(chuàng)新邊擴邊安工藝，實現施工的安全和高效。

1 工程概況

西曲礦14307工作面上覆2.3#煤12308、12309工作面采空區(qū)，2.3#煤與4#煤層間距3.1～6.7 m，并且工作面下伏18305、18306工作面蹬空區(qū)，4#煤與8#煤層間距約35 m，工作面切眼示意圖見圖1，工作面綜合柱狀圖見圖2.

圖1 14307工作面切眼示意圖

圖2 14307工作面地質柱狀圖

2 邊擴邊安方式優(yōu)化

2.1 擴幫前工作面切眼支護方式

切眼掘進施工時根據與上覆2.3#煤工作面采空區(qū)層間距情況采取了純錨支護和架棚支護兩種方式，其中：

層間距大于5 m時采用純錨支護(切眼里程85～126 m)：巷道斷面為矩形，寬4.4 m×高3.0 m.采用錨桿+錨索+鋼筋梯梁+鋼筋網支護。

層間距3.2～3.5 m時采用架棚支護(切眼里程0～85 m，126～185 m)：巷道斷面為梯形，采用鐵棚+錨索聯(lián)合支護。錨索呈矩形布置，每架棚子間打設4根，間排距0.9 m×1.0 m.

2.2 傳統(tǒng)擴幫方式

按照傳統(tǒng)先施工小斷面切眼然后再擴幫的方式，擴幫段采用錨桿+錨索+點柱支護，頂錨桿為矩形布置，間排距為0.85 m×1.0 m，擴幫段補打一排頂錨索，錨索間排距為2.0 m×2.0 m；擴幫段幫錨桿為矩形布置，間排距為1.0 m×1.0 m；打設帶帽點柱兩排，間排距為2.9 m×1.0 m，當頂板有裂隙發(fā)育或不完整時補掛1 200 mm×1 700 mm的鋼筋網。

2.3 邊擴邊安施工時工作面支護及安架方式

2.3.1 擴幫段為純錨巷道

擴幫段為矩形巷道時，采用錨桿+鋼帶+單體支護，單體打設超前擴幫段5 m；頂錨桿為矩形布置，間排距為1.05 m×1.0 m；幫錨桿為矩形布置，間排距為1.0 m×1.0 m，第一排幫錨桿距頂板0.3 m；每隔2 m在擴幫區(qū)域頂板打設一根鋼帶。當頂板有裂隙發(fā)育或不完整時補掛1 200 mm×1 700 mm的鋼筋網。頂板破碎或壓力大時擴幫距離不超過4.5 m(3架)，支護形式見圖3.

圖3 純錨段擴幫支護示意圖

安架時，使用機頭絞車將支架運輸至工作面道頭卸車，準備掉向擺架前取回影響支架安裝的單體，然后利用機頭絞車進行拉架和擺架，同時利用支架本身推拉裝置的伸縮來調整支架的前后位置，兩者相互配合直至將支架安裝入位，見圖4.

圖4 純錨段安架示意圖

2.3.2 擴幫段為架棚巷道

擴幫段為架棚巷道時，首先使用鋼帶(頂板破碎時使用工字鋼吊梁)固定棚梁，之后拆除擴幫側棚腿。擴幫區(qū)域巷道采用錨桿+鋼帶支護，頂錨桿為矩形布置，間排距為0.95 m×1.0 m；幫錨桿為五花形布置，間排距為1.0 m×1.0 m，第一排幫錨桿距頂板0.3 m.每隔2 m在擴幫區(qū)域頂板打設一根鋼帶。當頂板有裂隙發(fā)育或不完整時補掛1 200 mm×1 700 mm的鋼筋網。頂板破碎或壓力大時補打頂錨索，此時擴幫距離不超過4.5 m(3架)，支護形式見圖5.

圖5 架棚段擴幫支護示意圖

安架段為架棚支護段時，首先使用機頭絞車將支架運輸至工作面道頭卸車，利用機頭絞車進行拉架和擺架，同時利用支架本身推拉裝置伸縮來調整支架的前后位置，兩者相互配合直至將支架安裝入位。

若擴幫段內頂板破碎或壓力大時，需將待安架前一臺支架進行降架，之后插入一根4.5 m長工字鋼挑起架棚段內棚梁，保證原有棚梁端頭(煤壁側)和挑梁端頭(機尾側)必須打設單體，維護好頂板后利用機頭絞車進行拉架和擺架，同時利用支架本身推拉裝置的伸縮來調整支架的前后位置，兩者相互配合直至將支架安裝入位，架棚段安架示意圖見圖6.

圖6 架棚段安架示意圖

3 邊擴邊安配套設備的使用

3.1 側卸式裝巖機

由于作業(yè)環(huán)境空間和工序限制，14307工作面切眼邊擴邊安施工中無法使用大型出渣設備，只能靠人工清渣至40 T刮板輸送機的出渣方式，為了安全高效地進行作業(yè)，引進了側卸式裝巖機。

煤礦用側卸裝巖機，是一種高效率裝載機械，具有插入力大、機動性好、裝載功能強、全斷面作業(yè)、安全性好、一機多用等特點，能顯著減輕勞動強度。除此之外，該設備還可以為掘進工作面提供臨時支護，實現短距離運輸、拉底、擴幫等[2].

現場使用后，出渣效率明顯提高，并減少了人力投入及勞動強度，使擴幫工作高效、順利進行。以往一次擴幫每班運輸沿線需4人開設備(兩部膠帶輸送機、轉載機、刮板輸送機各需1人)，打設超前支護吊梁需要3人，打眼放炮、出渣、打設頂幫錨桿至少6人，共計13人才能保證每天擴幫6 m，出渣占用大部分時間和人力。使用側卸裝巖機出渣后，除操作設備的4人外，打眼放炮后僅需2人出渣，1人操作裝巖機，1人看護電纜，其余人員可以進行超前維護打設鋼帶或打設頂幫錨桿，檢修班每天對刮板輸送機加4節(jié)溜槽，仍能打眼放炮擴幫2 m，圓班平均擴幫進尺達5 m以上，每班僅需9人。

3.2 皮帶拐彎裝置

14307工作面切眼擴幫采用側卸式裝巖機配合刮板輸送機裝煤至皮帶輸送機，再由皮帶輸送機運渣至北翼2#溜煤眼至北翼二部皮帶巷的方式出渣。在皮帶搭接處使用了膠帶拐彎裝置，較傳統(tǒng)施工過程有明顯的優(yōu)勢。該拐彎裝置可實現小角度快捷轉換，減少了中間機頭機尾環(huán)節(jié)，實現安全高效作業(yè)[3]；減少了機頭機尾硐室的掘進施工工程，并且可反復使用，降低運輸成本; 結構簡單、承載力大、性能穩(wěn)定、安全可靠、維護簡單方便，提高了安全效果和生產效率。

4 施工效果

使用優(yōu)化后的邊擴邊安技術后，通過對安裝在14307工作面切眼的4個頂板在線監(jiān)測儀記錄分析了頂板的變化情況，2021-10-31 T 0:00至2021-12-31 T 23:59監(jiān)測情況見表1.

表1 頂板在線監(jiān)測儀數據統(tǒng)計表

從表1可以看出，14307工作面切眼在使用邊擴邊安技術擴幫后，頂板位移變化最大值為1.93 mm，并且在1個月后變化趨于穩(wěn)定，巷道圍巖穩(wěn)定，從現場情況來看，未發(fā)生片幫、離層等現象，效果良好。

5 工藝創(chuàng)新點

采用邊擴邊安技術，與整個切眼一次擴幫完成后再安設支架相比：

1)可有效減少頂板暴露的面積，保證了施工安全。

邊擴邊安技術與整個切眼一次擴幫成型相比，減少了頂板的暴露面積和時間。頂板條件較好時，支架至未擴幫段最大距離不超過8 m(6架)；頂板破碎或壓力大時支架至未擴幫段距離不超過4.5 m(3架)，即開始安架。

2)提高了施工效率,減輕了勞動強度，減少了作業(yè)人數，縮短了工期。

使用邊擴邊安+側卸式裝巖機+皮帶拐彎裝置的組合優(yōu)化方式，使擴幫+安裝支架的工期有效縮減。14307工作面切眼邊擴邊安共施工35天。按照傳統(tǒng)的切眼擴幫方式，4#煤工作面切眼每天可擴幫8 m，186 m長切眼擴幫需26天，安裝支架按照每天12架計算需15天，傳統(tǒng)擴幫安架方式需41天，工期縮減了6天。

每班擴幫的作業(yè)人數由13人縮減至9人，能夠減少出渣時間和人力投入，同時也降低了人工清渣的勞動強度，使擴幫工作高效、順利的進行。

安裝一隊早班根據擴幫距離安架，利用二班時間運輸支架，綜采準備隊二班和夜班進行沿線設備檢修及擴幫，兩隊互不影響，利用運輸時間進行擴幫，待設備運到位后，擴幫段即可安設支架，既交叉作業(yè)又平行作業(yè)，充分利用了時間和空間，使該項工程穩(wěn)步、高效地向前推進。

3)可根據現場支架安裝需求調整擴幫，施工靈活，減少了工程量。

傳統(tǒng)的一次擴幫方式，如果安裝過程中遇到切眼寬度不夠或起伏不平處，需人工擴幫或拉底，效果不理想，既增加了勞動成本，又耗費了安裝時間。邊擴邊安技術的應用，使得安裝、擴幫同步進行，現場可根據設備的不同、地形的變化隨時調整擴幫尺寸、安裝距離，更好地為安裝服務，確保整個工作面安裝順利完成。

此外，邊擴邊安方式減少了工作面機尾采機滾筒硐室的個數，以往切眼一次擴幫成形，遇機尾段頂板破碎時常采用架棚支護[4-5]，采機滾筒硐室只能距機尾一段距離打設2個，隨著邊擴邊安的應用，即使機尾段頂板破碎，支架可及時安裝并維護頂板，副巷可天然成為1個采機滾筒硐室，另一個只需布置在距機尾10 m處即可，節(jié)約了人力、物力的投資，而且方便了后期采機的安裝。

4)減少了材料投入，降低了成本。

14307工作面切眼長度186 m，其中，純錨巷道42 m，架棚巷道144 m.采用傳統(tǒng)擴幫方式，將消耗大量錨索、錨桿及木點柱，需42.6萬元；采用邊擴邊安方式后，取消了木點柱和錨索，并降低了錨桿支護密度，需10.5萬元，共計節(jié)省成本32.1萬元。

6 結 語

1)邊擴邊安技術方案優(yōu)化了施工工藝，解決了遺留煤柱切眼擴幫與支架安裝同步進行的技術難題，同時配合側卸式裝巖機和皮帶拐彎裝置，探索出一套安全、高效、操作性強的施工方案。

2)遺留煤柱綜采工作面切眼擴幫后，采用錨網及單體支柱支護方式，實現小循環(huán)作業(yè)，保證了支護效果，同時支架安裝后及時注液，降低了頂板暴露時間，保證了頂板的穩(wěn)定性。

3)該成套技術的應用，提高了工作效率，降低了施工成本，有效緩解礦井接替緊張局面。