大跨度切眼順山支架綜掘擴安一體化施工實踐

張選松，張 波，張 宇

（淮北礦業集團雙龍礦業有限責任公司，安徽 淮北 235047）

傳統的綜采工作面切眼施工是在導硐切眼形成的前提下，沿導硐切眼方向對導硐切眼進行刷擴作業，通過增大切眼跨度以滿足綜采液壓支架安裝的空間需要。通常采用單體液壓支柱配合π型鋼梁加固頂板，在綜采工作面液壓支架安裝過程中還需及時回收加固的單體支柱和π型鋼梁，安全風險管控難度大、頂板支護效果差、施工組織效率低及工人勞動強度大，一直是制約礦井采掘接續安全高效發展的瓶頸。為破解綜采工作面大跨度切眼施工難題，踐行新發展理念，通過技術手段和施工工藝創新，配合嚴謹細致的組織保障，在雙龍礦業有限責任公司Ⅱ513工作面成功應用順山液壓支架對大跨度切眼頂板進行加固的施工工藝，開創了切眼刷擴和綜采支架安裝一體化推進新局面。

1 Ⅱ513工作面概況

1.1 工作面煤層賦存條件

Ⅱ513工作面位于Ⅱ1采區上部，東與Ⅱ311工作面采空區相鄰，南部為工廣煤柱線，北為Ⅱ2-F16正斷層，西側為Ⅱ527、Ⅱ529工作面采空區。Ⅱ513工作面設計回采5煤層，煤層傾角8°～18°，平均13°。煤層平均厚度3.4 m，煤層結構較簡單。5煤層距3煤層2.12～10.8 m，3煤層受火成巖侵蝕，未回采。3、5煤層間揭露為砂質泥巖，5煤層頂板為泥巖，切眼頂板為復合頂板。圖1為Ⅱ513工作面綜合柱狀圖。

圖1 工作面綜合柱狀圖

1.2 工作面切眼施工概況

Ⅱ513工作面走向長度340 m，傾斜長度220 m。導硐切眼采用錨帶網索支護，尺寸為凈寬×凈高=4200 mm×3400 mm，排距800 mm。導硐切眼頂板使用6套MSGLW-335φ22-2400/490型高強無縱肋螺紋鋼錨桿配合L4200 mm M4型鋼帶支護，每根錨桿使用2只K2550型錨固劑。每排采用2根YMS17.8/6.3-1860型預應力錨索補強支護，每根錨索使用3只K2550型錨固劑，錨索按照2-2-2菱形交叉布置在2排鋼帶中間。刷大切眼采用錨帶網索支護，尺寸為凈寬×凈高=3600 mm×3400 mm，排距800 mm。刷大切眼頂板使用5套MSGLW-335φ22-2400/490型高強無縱肋螺紋鋼錨桿配合L3600 mm M4型鋼帶支護，每根錨桿使用2只K2550型錨固劑。每排采用2根YMS17.8/6.3-1860型預應力錨索補強支護，每根錨索使用3只K2550型錨固劑，錨索按照2-2-2菱形交叉布置在2排鋼帶中間。切眼刷大后巷道最大跨度達到7.8 m。圖2為切眼錨帶網索支護平面布置圖。

圖2 切眼錨帶網索支護平面布置圖

2 綜采工作面切眼順山支架擴安一體化施工工藝

2.1 大跨度切眼施工工藝方案比較及選擇

為了保證在綜采工作面切眼內進行液壓支架、運輸機和采煤機安裝的空間需要，Ⅱ513綜采工作面切眼刷大后巷道最大跨度達到7.8 m。大跨度巷道的頂板應力水平低，巷道對于頂板承載能力不足。Ⅱ513工作面頂板為復合頂板，僅采用錨帶網索支護難以滿足支護強度要求，需要在切眼內進行補強加固支護。錨帶網索配合單體支柱、垛式支架或者綜采液壓支架支護是3種可行性較強的補強支護方案。

2.1.1 大跨度切眼施工工藝方案比較

采用單體支柱補強支護，需要布置至少6排“單體支柱+π型梁”挑棚補強加固頂板，需投入單體支柱數不少于900根（不含備用量），同時每班還需要安排專人進行巡查、注液和維護，在支架安裝過程中，需要反復安裝、回收單體支柱，安全風險較大，工作量大，職工勞動強度高。

采用垛式支架補強支護，在導硐切眼原支護方式下，沿導硐切眼刷大側順山布置一排垛式支架，支撐截面按1000 mm×1000 mm、布置間隔按2000 mm計算，需要投入垛式支架不少于75架，將原來大跨度切眼分割成2條小跨度的巷道，能夠起到減小跨度、控制頂板下沉的作用，同時能夠基本滿足刷大與安裝一體化施工的要求，但垛式支架安裝、維護和拆除工程量較大，對綜采液壓支架安裝進度較大，人為造成高強度支護與短期維控之間的矛盾。

采用綜采液壓支架補強支護，在導硐切眼原支護方式下，沿導硐切眼刷大側順山安裝一排綜采液壓支架，將原來大跨度切眼分割成2條小跨度的巷道，能夠起到減小跨度、控制頂板下沉的作用，能夠基本滿足刷大與安裝一體化施工的要求，綜采液壓支架安裝過程中逐架將順山支架調向成走向支架供綜采使用，無須二次拆除，與垛式支架補強支護相比工程量下降明顯，效率提升顯著。

2.1.2 大跨度切眼施工工藝方案選擇

通過方案比較可以看出，采用液壓支架補強支護能夠提高支護強度，減輕職工勞動強度，提高工作效率。

所以大跨度切眼施工采用液壓支架補強支護加固頂板。

2.2 施工工藝流程

導硐切眼施工結束后，切眼刷大施工前，在導硐切眼原支護方式下，沿刷大側安裝1排順山液壓支架補強支護頂板。根據煤層賦存情況及工作面開采條件，選用ZZ7600-20/40型液壓支架。支架寬帶1.5 m，每架順山液壓支架支護長度4.5～4.8 m，支架初撐力大于等于18MPa，并保持順山支架超前刷大切眼迎頭不小于10m。圖3為順山支架安裝剖面示意圖。

圖3 順山支架安裝剖面示意圖

刷大切眼進尺一定距離后，由切眼下口逐架將順山液壓支架調向成走向支架。根據支架寬度和每架順山支架支護長度，每完成1架調向后，在調向后的支架與下一架順山支架之間加補2架走向液壓支架，以此循環，直至完成整個工作面液壓架的安裝和就位。

切眼刷大使用綜掘機施工，刷大作業迎頭與支架調向、就位作業點保持一定距離，確保不相互交叉影響，刷大與安裝平行作業。

在導硐切眼內安裝單軌吊軌道，使用柴油機單軌吊運輸液壓支架。

圖4為順山支架切眼擴安一體化工藝平面示意圖。

圖4 順山支架切眼擴安一體化工藝平面示意圖

施工流程：施工導硐切眼→組裝液壓支架→運輸液壓支架→切眼內順山安裝液壓支架→刷擴切眼→調整順山液壓支架為走向支架→補充安裝2架走向液壓支架→循環施工。

2.3 順山液壓支架安裝方法

安裝前確保導硐切眼支護可靠，清理凈浮煤，單軌吊軌道安裝質量合格，軌道安裝高度滿足液壓支架運輸要求，刷大切眼超前安裝點30 m以上。

使用柴油機單軌吊將ZZ7600-20/40型液壓支架吊運到導硐切眼安裝位置，采用單體支柱將支架平移至導硐切眼待刷大側，連接液壓管路，支架頂梁上放置方木，供液支設液壓支架。采用架連架的方式，每架支設長度4.5～4.8 m。

2.4 施工工藝技術要求

1）切眼刷大前沿煤壁順山安裝一排液壓支架加固頂板，液壓支架頂梁間距小于等于200 mm，支架初撐力大于等于18 MPa。

2）順山支架與頂板間必須加墊厚度超過150 mm木料，間距不大于1 m，避免壓壞錨桿造成支護失效。

3）導硐切眼內單軌吊軌道中心線距巷幫大于等于1500 mm，單軌吊起吊臂距巷幫大于等于500 mm，距順山支架大于等于500 mm。單軌吊起吊液壓支架后，支架底平面距離巷道底板高度不得小于0.2 m，防止支架掛底。

4）采用錨帶網索支護的切眼、導硐切眼及刷大切眼錨索布置均不小于“2-2-2”要求，即每排使用2根錨索。刷擴時距順山支架小于等于500 mm處施工1排順山錨索梁。

5）切眼刷擴時，刷擴施工位置距支架安裝處大于等于30 m。順山支架超前刷大切眼迎頭不小于10 m，未采用順山支架加固地段不得刷擴。

6）特殊情況切眼需采用垛式支架進行加固時，沿刷擴側順山布置1排垛式支架，頂梁間隙小于等于500 mm，初撐力大于等于18 MPa。

7）綜掘刷擴切眼的，綜掘機硐室施工前采用垛式支架加固切眼頂板，硐室長度小于等于15 m，垛式支架加固長度超前綜掘機硐室大于等于10 m。

8）切眼刷擴分2茬施工的，順山支架與煤壁間預留運輸設備鋪設空間。

圖5為順山支架切眼擴安一體化工藝施工斷面圖。

圖5 順山支架切眼擴安一體化工藝施工斷面圖

2.5 施工工藝安全管理措施

1）導硐切眼和刷大切眼內每30～50 m設置1個礦壓觀測點，加強頂板監測，及時收集、分析礦壓監測信息，根據礦壓監測結果及時進行合理支護。

2）切眼刷大施工，綜掘機必須使用機載臨時支護裝置，遇頂板破碎等不宜使用機載支護的特殊情況時，采用單體支柱配合柱帽（木板）進行臨時支護。臨時支護緊跟迎頭，嚴禁空頂作業。

3）頂錨桿支護緊跟迎頭，幫錨桿滯后頂錨桿不超過一個循環進度，錨索滯后迎頭不超過一個錨索排距。

4）綜掘機截割施工時，必須在綜掘機前后至少10 m外安設警戒，嚴禁人員隨意進入。

5）柴油單軌吊運輸及液壓支架調向期間，支架下方及兩側波及范圍嚴禁有人員。

6）單軌吊運行期間，刷大切眼內的人員嚴禁進入運行區域，實行封閉管理，專人警戒。

7）信號傳遞要確保及時、準確和清晰，嚴禁用口喊、搖燈及敲打物件等方法傳遞信號。

8）柴油機單軌吊及軌道的安裝、運行和維護要實行專業化管理，每班使用前對軌道進行巡查，對空氣濾芯的隔爆板進行清理，對尾氣水進行更換，確保機車正常運行。

9）礦級層面在切眼擴安一體化施工期間必須指定專人協調處理安全管理工作，刷大施工單位與液壓支架安裝單位每班必須指定安全負責人，確保平行作業期間安全施工。

2.6 施工工藝技術優勢

Ⅱ513工作面切眼通過安裝順山支架構建一道鋼鐵“煤巖體”，既可對巷道頂板進行加固，減小綜采切眼巷道跨度，提高了頂板安全系數；又將支架的運輸通道和刷大施工工作面分開，實現切眼刷大和運輸互不影響。刷大側采用綜掘機連續刷大，提高了掘進效率；支架運輸使用柴油機單軌吊整架運輸，提高了運輸效率。

3 取得的效果

3.1 采用順山支架補強支護頂板，實現切眼擴安無單體

傳統的擴安一體化工藝，要求大跨度切眼施工必須布置不少于4排的順山單體支柱挑棚加固頂板，導硐和刷大側各不少于2排。Ⅱ513工作面頂板為復合頂板，切眼刷大施工需要布置6排“單體+π型梁”挑棚補強支護，需投入單體支柱數十分龐大，同時每班還需要安排專人進行巡查、注液和維護，在支架安裝過程中，需要回收全部單體支柱，工作量大，職工勞動強度高。

通過工藝創新，采用順山液壓支架取代單體挑棚，一是極大地增強了頂板支護強度，提高了安全系數，二是減少了工作量、降低了職工勞動強度，三是減少了單體租賃費用的投入，實現了工作面真正意義上的擴安無單體支柱的技術目標。

3.2 實現切眼刷大綜掘連續刷擴作業，提高擴安施工效率

切眼刷擴與安裝實現了平行作業，切眼刷大采用3班作業，安裝采用2班作業。實踐證明，Ⅱ513工作面切眼刷大單進水平大幅提高。在順山液壓支架的掩護下，切眼刷大作業和工作面液壓支架安裝互不干涉，安裝進度加快，大大縮短了安裝工期。

4 結束語

1）采用順山液壓支架補強支護頂板，構建一道鋼鐵“煤巖體”，將原來大跨度切眼分割成2條小跨度的巷道，能夠起到減小跨度、控制頂板下沉的作用，提高了大跨度切眼頂板的支護強度，提高了安全系數，確保了安全生產。

2）實現了大跨度切眼施工和安裝無須單體支柱，減輕了職工勞動強度，提高了施工效率，工作面準備工期縮短近20 d，解決了工作面接替緊張問題。

3）順山支架補強支護頂板，不需要單體支柱或垛式支架的投入，節約了設備，節省了費用的投入。

4）順山支架綜掘擴安一體化工藝創新，把現代設備和支護技術統籌，解決了安全和效率一體化問題，具有較好的推廣前景。