切眼擴刷無錨支護一體化施工工藝應用

郭磊磊

（山西蘭花科技創業股份有限公司伯方煤礦分公司，山西 高平 048400）

煤礦綜采工作面擴幫安裝工藝工序復雜、安裝周期長，在切眼貫通和擴刷期間，設備需要不斷地拆裝轉運，從而增加施工安全風險和勞動強度[1-3]。基于此，通過技術創新和工藝改進，提出無錨支護一體化施工工藝。該施工工藝在切眼擴刷期間利用單體柱加強頂板支護，不再打設錨網索加固頂板，可有效降低支護材料的成本投入，實現巷道快速擴刷，同時后巷安裝液壓支架，達到擴幫與支架安裝的平行作業，提高工作效率，縮短了支架安裝周期，為工作面快速形成采煤條件奠定堅實基礎。

1 工作面概況

伯方煤礦3303 綜放工作面位于三盤區北翼，采用“U 型”通風方式，采面標高+560～+690 m，主采3#煤層，煤厚平均5.53 m。煤層賦存傾角8°～10°，硬度系數f 為1.5～1.8，含有1～2 層夾矸，層理發育。工作面運輸順槽設計長度1 883 m，回風順槽設計長度1 813 m，布置為矩形斷面，巷道斷面積18.9 m2，采用錨索梁配合金屬網方式支護頂板。煤層頂板以砂巖為主，底板多為砂質泥巖，頂底板巖性如表1 所示。3303 工作面切眼設計長度176 m，原斷面規格為寬5.5 m×高3.7 m，切巷采用小斷面掘進，然后進行刷幫至寬度為9.5 m 巷道，便于后期安裝支架使用。

表1 煤層頂底板巖性

2 切巷設計施工方案

2.1 施工整體思路

3303 工作面切眼巷道采用綜掘機掘進施工，按照原設計斷面正常掘進，由回風順槽向運輸順槽方向掘進貫通。為方便后巷出煤，安裝一部SSJ-800 型皮帶輸送機，在施工至貫通點位置后，將皮帶輸送機進行回撤，更換安裝一部40T 溜子，沿回采一側煤壁延伸鋪設。在運輸順槽丁字口處調整綜掘機方向，開始對煤壁擴刷巷幫至9.5 m寬斷面。

2.2 巷道支護方案

（1）3303 工作面切眼在掘進期間對頂板主要采取W 型鋼帶與無縱筋螺紋鋼錨桿、金屬網片等材料進行復合支護。W 型鋼帶長度×寬度為5 m×0.28 m，錨桿規格為φ22 mm×2.5 m，打設間排距為0.8 m×1.0 m，每排鋼帶可打設7 根錨桿。切眼擴巷后選用鋼帶長度為4.2 m，錨桿打設間排距仍為0.8 m×1.0 m，但擴巷寬度只有4 m。因此，每排只能打設錨桿6 根。為加強對頂板的支護強度，將原巷道與擴刷段巷道施工的鋼帶與錨桿交錯布置，相鄰排距調整為0.5 m，減少空頂的懸頂面積。錨索布置按照間排距1.6 m×3 m 設計，規格為φ21.8 mm×8 m，呈“三花眼”交替施工。

（2）擴刷巷道幫部支護主要采用錨桿、金屬網聯合支護形式，幫錨打設間排距為1 m×1.2 m，上排錨桿距頂板0.5 m，幫錨規格為φ20 mm×2.0 m。

（3）由于擴巷后巷道斷面增大，為加強對煤壁一側的支護強度，采用增打單體液壓支柱的方式，避免煤壁外鼓造成片幫。在采空區側和擴幫線下同樣打設一排單體液壓支柱，單體柱間距為2 m，上方使用小方木支撐頂板，若底板巖石較軟時，可增加道木為墊板，提高單體柱載荷。此外，在原巷道中心基線段使用木垛進行“井”字型絞架，木垛靠近擴幫線內側，距離老空2.5 m，間距10 m 打設一組木垛。擴刷斷面支護效果如圖1 所示。

圖1 擴刷巷道支護效果

2.3 舊工藝擴刷安裝缺點

（1）按照舊工藝組織擴刷巷道，需要正常掘進后進行小斷面擴幫，同時設備需要拆裝兩次，擴幫周期長、工序多，支護條件復雜。

（2） 在原巷道與擴刷巷道的支護基礎上，大斷面巷道所需投入的材料成本和人工成本較高，頂幫部錨桿預計打設2 816 根，鋼帶需要528 條，錨索打設440 根，材料費用約為41.2 萬元。設備多次拆裝轉場、調向運輸等工序都需要投入大量的人力，不僅增加安全風險，也增加職工的勞動強度。

（3）經過切眼擴刷后，斷面積增加到了35 m2，掘進期間對頂幫煤巖體已經造成了一定程度的擾動影響，錨桿、錨索若支護不及時很可能造成頂板下沉、圍巖變形、煤壁片幫等現象，需要投入二次時間和物資成本進行維護修巷，延緩了切眼安裝液壓支架的時間周期，不能盡早形成可采工作面，影響了采面接替。

3 無錨支護一體化施工工藝

針對原擴刷安裝工藝存在問題弊端，經過分析，提出無錨支護一體化施工工藝，新工藝可縮減時間成本和材料投入消耗。

3.1 準備工序

（1）3303 工作面切眼在貫通后及時拆除原巷道內的所有運輸和機械設備，將綜掘機回撤至切眼口處，收縮在運輸順槽安裝的SSJ-800 型皮帶輸送機至采面煤壁側。

（2）在切眼兩端頭的絞車鉆場內各安裝一部40 t 回柱絞車，在切眼擴刷段巷道內中部安裝一臺25 t 雙向調度絞車，設備布置如圖2 所示。

圖2 3303 工作面兩巷及切眼設備布置

（3）在切眼原掘進巷道內鋪設一條單軌道，距離擴幫側2 m 左右，軌距為0.8 m，端頭在3303工作面回風順槽與切眼口處，向外鋪設延伸至運輸順槽內，并在安裝硐室的支架組裝點布置液壓叉車。

（4）在運輸順槽與切眼擴幫處，沿回采煤壁一側布置,安裝一臺P-60B 型耙巖機，與運輸順槽內皮帶輸送機配合使用。

3.2 切眼擴刷安裝工藝

（1）在運輸順槽向切眼刷幫開口前，采用炮掘工藝掘進約10 m，擴刷巷寬4 m，布置兩排炮眼，每排炮孔設計5 個，炮眼深度1 m，間排距為1.2 m×2 m，分段起爆，對煤體實施松動爆破。

（2）松動爆破擴刷巷道達到10 m 指定位置后，利用耙巖機清理浮煤浮矸，場地清理結束后，拆除耙巖機，替換安裝液壓裝載機。

（3）3303 工作面切眼在已擴刷區域內打設單體液壓支柱，配合使用3.5 m 長的π 型梁，按照“一梁三柱”方式對頂板加強支護，單體柱打設間排距為1.5 m×1 m。然后，繼續向前擴刷6 m 后停掘，后巷開始準備液壓支架的入場工作。將分裝好的液壓支架依次運輸至安裝硐室內，在組裝點起吊安裝，將支架上下體合并組裝后，沿運輸順槽已鋪設的軌道由牽引絞車拉移至切眼內，在運輸順槽與切眼口的下端頭卸車。

（4）拆除端頭原打設的木垛和單體柱，使用回柱絞車和調向調度絞車共同牽引，將第一個過渡支架牽引到指定安裝位置，確保支架垂直煤壁方向，且及時校正支架安裝中線是否合格。回撤單體柱后，由液壓支架擔負起頂板的支護作用[4]。液壓支架安裝效果如圖3 所示。

圖3 液壓支架安裝效果平面

（5）按照上述方法，安裝第一組支架后，依次安裝第二組、第三組支架，為滿足支架安裝與巷道擴刷的平行作業，要求支架安裝進度始終滯后擴幫段不小于6 m 的距離。為減小大型運輸設備對空間的占用，影響支架裝卸調向，在擴幫段巷道一側鋪設一部40 t 溜子，用于擴刷出煤使用，溜子緊跟液壓裝載機向前鋪設延伸，直至巷道擴刷貫通結束。

3.3 安全操作注意事項

（1）擴幫采用松動爆破的作業方式時，務必確保炸藥按照正向裝藥起爆順序，炮泥封孔長度不小于0.5 m，炮眼口放置水炮泥。爆破前必須對現場單體柱進行認真檢查，防止出現卸載情況，導致炮后頂板冒落，失去支護強度。對現場電纜、風水管路、信號線、監測線和探頭等加強防護保護，避免出現崩落或破口現象，造成數據無法監測上傳。嚴格執行“三人連鎖”爆破管理制度[5]。

（2）安裝液壓支架前，應做好高壓管路的鋪設準備工作，檢查乳化液泵站電纜、開關、液壓管路是否到位，并進行試運轉。

（3）安裝液壓支架時需合理使用調度絞車和回柱絞車，防止在轉運調向過程中碰到單體柱，支架到位后，應及時補充乳化液，將立柱升緊打牢，貼合頂板，達到工作阻力和支架初撐力，嚴禁出現空頂現象。

（4）采用單體柱和木垛加固頂板時，若出現頂板巖石破碎、煤壁片幫等嚴重情況時，應采取補打錨桿和錨索的方法對頂板進行補強支護，還可采取頂板破碎帶施工鉆孔注漿的方法進行加固，確保安裝支架期間不會出現冒頂等安全事故。

4 應用效果分析

1）同等條件下切眼擴刷巷道原來需用時35天左右，安裝液壓支架需要25 天，合計工期為60 天。經過采用新技術工藝，切眼擴刷巷道不再使用頂板支護方式，減少支護工序的時間影響，提高了擴幫速度，且巷道擴刷與支架安裝可以平行作業，工作面具備回采條件共用時42 天，與原工藝相比縮短了近18 天的工期。

2）采用無錨支護一體化施工工藝，降低切眼擴刷段巷道的支護材料投入成本，頂板不再打設錨桿、錨索，只對幫部施工錨網，累計可節約生產成本14.2 萬元，簡化了工藝流程，提高擴幫效率。

3）在實現快速擴幫的基礎上，后巷液壓支架緊隨巷道進行安裝，縮短懸頂時間，減小對頂板完整性的破壞影響，且液壓支架頂梁面積較大，工作阻力也更高，相較于單體液壓支柱具有更強的支護效果。切眼擴刷段巷道由于未采取任何錨桿、錨索支護措施，在初采初放期間，頂板更容易自然垮落，避免因大面積懸頂不垮落而導致頂板事故的發生，更有利于采空區的頂板管理，提高生產安全可靠性。

5 結語

伯方煤礦3303 工作面采用無錨支護一體化施工工藝，對原切眼擴刷、支架安裝的工藝進行大膽實踐創新，取得良好的效果。對切眼擴刷段巷道采用快速掘進和無支護的方式，減小對頂板的擾動影響；液壓支架的快速安裝進場，提高了對頂板的支護強度；且調度絞車與回柱絞車的配合使用，也大大提高了支架安裝的工作效率。實踐證明，無錨支護一體化施工工藝有效降低了材料投入的成本，縮短了安裝周期，為工作面具備采煤條件創造有利基礎。