淺談煤礦井下三軟煤層十字頭施工技術(shù)

荊剛　李鋒　史剛昊

摘 要：淺談在煤礦井下三軟煤層擴(kuò)修和掘進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)改進(jìn)十字頭支護(hù)方案和施工工藝，較好的控制了煤層頂板，保證了施工安全，延長(zhǎng)了巷道服務(wù)年限，突出該技術(shù)的安全性、優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：三軟煤層；十字頭；支護(hù)方案；施工工藝；安全；優(yōu)越

1 概述

三軟煤層是指煤礦開(kāi)采中遇到的：軟的頂板巖層、軟的主采煤層和軟的煤層底板巖層。在該類煤層中施工時(shí)，頂、底板較難控制，普遍存在漏冒現(xiàn)象，特別十字頭施工時(shí)，較之正常施工時(shí)跨度大，頂板更容易漏冒、垮落，出現(xiàn)冒頂事故。故在三軟煤層十字頭施工中，如何控制頂板是安全控制的關(guān)鍵。

2 工程概況

某煤礦建井較早，三軟煤層，因采動(dòng)影響，井下擴(kuò)修和施工時(shí)，巷道頂板破碎嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)漏冒現(xiàn)象?，F(xiàn)就一工作面十字頭為例：該十字頭屬于在皮帶下山一側(cè)一工作面上巷的開(kāi)口位置。在開(kāi)口前必須先對(duì)皮帶下山擴(kuò)修，然后搭設(shè)十字頭，確認(rèn)安全后方可開(kāi)口。皮帶下山年久失修，支護(hù)形式為頂板錨網(wǎng)+12#工字鋼棚支護(hù)，棚距600mm（中-中）。擴(kuò)修采用頂板錨網(wǎng)+36U型鋼棚支護(hù)，棚距600mm（中-中），錨桿間排距為800×800mm，十字頭位置跨度為6m，設(shè)計(jì)采用錨網(wǎng)+36U型鋼抬棚+工字鋼穿桿方式進(jìn)行施工。

3 提出問(wèn)題

十字頭跨度較大，煤層松軟，頂板破碎。施工時(shí)采用怎樣的施工方案能確保施工的安全性，以及支護(hù)的牢靠性，同時(shí)減少修復(fù)率和延長(zhǎng)巷道服務(wù)年限。

4 施工方案

4.1 傳統(tǒng)施工方案

傳統(tǒng)的方法采用從十字頭位置開(kāi)始時(shí)，小炮掘進(jìn)，每平方米打設(shè)1根木點(diǎn)桿進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，并及時(shí)錨網(wǎng)支護(hù)，最后待十字頭施工完畢后及時(shí)搭設(shè)兩側(cè)抬棚，背設(shè)穿桿。

該項(xiàng)施工方案，在三軟煤層中，普遍使用的2m長(zhǎng)錨桿經(jīng)常出現(xiàn)錨注無(wú)效的現(xiàn)象，對(duì)頂板達(dá)不到有效的主動(dòng)支護(hù)。而6m長(zhǎng)的大跨度，巷道壓力較大，臨時(shí)支護(hù)木點(diǎn)桿極易出現(xiàn)劈裂現(xiàn)象，且每平方米1根的打設(shè)密度造成施工現(xiàn)場(chǎng)空間的局限性。

4.2 改進(jìn)施工方案

施工至十字頭位置時(shí)，根據(jù)煤層實(shí)際情況，首先對(duì)頂板打設(shè)煤層探眼，探明煤層上部巖層位置。然后確定主動(dòng)支護(hù)方案確保頂板的安全性。經(jīng)探明巷道頂板距離上部巖層位置為6.5m，考慮選足夠長(zhǎng)的錨索進(jìn)行主動(dòng)支護(hù)，保證藥卷在巖體中錨注。但因煤體松散，在錨索施工時(shí)易出現(xiàn)堵孔和送藥卷困難現(xiàn)象，同時(shí)為增加皮帶下山的服務(wù)年限，可首先進(jìn)行頂板注膠。

4.2.1 頂板注膠。煤層頂板注膠，選用常見(jiàn)的馬麗散注膠加固破碎頂板技術(shù)，馬麗散作為一種高分子注漿材料，它有馬麗散樹(shù)脂、馬麗散催化劑發(fā)生集合反應(yīng)生成聚亞膠脂產(chǎn)品，具有高度的粘合力和很好的機(jī)械性能，注入松散煤體后可高度粘合，低粘度的混合溶液保持液體幾秒鐘滲透松散裂縫內(nèi)，開(kāi)始膨脹、膠結(jié)，有效的加固了煤體松動(dòng)圈，使加固區(qū)域內(nèi)煤體形成一個(gè)整體，提高了圍巖整體承載力，杜絕了漏冒現(xiàn)象。具體特點(diǎn)：（1）粘度低，能很好的滲透乳細(xì)小裂縫；（2）具有很好的黏合能力，可與松散煤體很好的黏合；（3）凝固后具有很好的柔韌性；（4）可與水反應(yīng)并封閉水流；（5）提高煤巖支撐力，機(jī)械阻力高。注漿采用雙液注漿系統(tǒng)，設(shè)備采用2臺(tái)ZBQS-8.4/12.5型氣動(dòng)注漿泵，注漿管4根φ13mm的高壓膠管40m，封孔器規(guī)格2.0m，1把注射槍，馬麗散樹(shù)脂和馬麗散催化劑的體積比為1：1，重量比為1：1.17。

工藝流程：首先打眼鋪設(shè)注漿管和供風(fēng)管—安裝封孔器—安裝注漿泵和高壓槍—吸管分別插入兩個(gè)藥桶內(nèi)—注漿—達(dá)到設(shè)計(jì)壓力—沖洗機(jī)具—停泵—拆卸注射槍。

通過(guò)注漿解決了頂板破碎、松軟，施工時(shí)易漏冒的問(wèn)題，提高了圍巖的穩(wěn)定性和施工的安全性。

4.2.2 主動(dòng)支護(hù)。錨桿、錨索主動(dòng)支護(hù)，選用錨索規(guī)格為φ17.8mm×8000mm，可保證錨索在巖體中錨注長(zhǎng)度不小于1m。同時(shí)采用成對(duì)打設(shè)的方式，兩根錨索繩共用一塊400mm長(zhǎng)的12#工字鋼短節(jié)作為托盤(pán)，共用工字鋼短節(jié)托住十字頭穿桿。錨桿規(guī)格為φ20mm×2200mm的等強(qiáng)樹(shù)脂錨桿，間排距為800×800mm。錨桿、錨索的聯(lián)合主動(dòng)支護(hù)使整個(gè)十字頭區(qū)域內(nèi)巷道頂板成為一個(gè)整體，增強(qiáng)了巷道的支撐力和穩(wěn)定性。

4.2.3 施工工藝

當(dāng)擴(kuò)修架設(shè)36U型鋼棚至十字頭位置時(shí)，提前1.2m變更支護(hù)為錨網(wǎng)索+12#工字鋼棚對(duì)子棚支護(hù)。施工采用放小炮松動(dòng)掘進(jìn)，提前聯(lián)系測(cè)量組給出十字頭上側(cè)三抬棚位置，施工單位嚴(yán)格按照該位置架設(shè)三抬棚。抬棚梁長(zhǎng)4.4m，腿長(zhǎng)3.5m。抬棚梁距巷道頂板空頂時(shí)預(yù)留200mm的空間，以備穿桿施工。施工過(guò)抬棚位置后，放炮時(shí)巷高要求比原巷道高出400mm空間（預(yù)留架設(shè)臨時(shí)棚和穿桿的位置），同時(shí)按照600mm（中-中）棚距進(jìn)行錨網(wǎng)+架設(shè)工字鋼單棚支護(hù)，一棚一循環(huán)（必要時(shí)可縮小循環(huán)棚距），待施工至里側(cè)三抬棚位置時(shí)，與外側(cè)三抬棚同樣的方法進(jìn)行施工。待兩側(cè)三抬棚均施工完畢后，及時(shí)在抬棚梁上預(yù)留的空間按照設(shè)計(jì)數(shù)量施工穿桿，此時(shí)工字鋼棚的棚腿影響其他巷道開(kāi)口或者其他工作時(shí)可以拆除。整個(gè)施工過(guò)程均在有效可靠的支護(hù)下進(jìn)行，無(wú)空頂現(xiàn)象，真正保證了施工的安全性。

4.2.4 注意事項(xiàng)

（1）施工期間，施工單位先檢查并加固施工地點(diǎn)前后10米范圍內(nèi)的巷道支護(hù)，確認(rèn)頂板膠結(jié)良好，錨桿打設(shè)錨注有效，現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)安全后方可施工。（2）整個(gè)施工過(guò)程中，必須設(shè)專人看頂，發(fā)現(xiàn)不安隱患立即撤出所有工作人員并及時(shí)匯報(bào)，采取措施進(jìn)行處理，處理好后方可繼續(xù)施工。（3）穿桿施工時(shí)，必須保證與工字鋼棚梁和三抬棚梁接緊、接實(shí)，不實(shí)處加木墊板或大頭楔楔實(shí)。（4）整個(gè)施工過(guò)程中，架棚必須迎山有力，嚴(yán)禁有推么、倒仰棚；出現(xiàn)空頂必須用坑木背嚴(yán)背實(shí)。（5）錨桿、錨索支護(hù)巷道抽查錨桿時(shí)，必須不低于設(shè)計(jì)錨固力，嚴(yán)禁超設(shè)計(jì)值做破壞性試驗(yàn)。不合格的錨桿、錨索必須重新進(jìn)行補(bǔ)打。（6）施工十字頭時(shí)，必須連續(xù)施工，當(dāng)班若未完成必須在下一班連續(xù)施工，嚴(yán)禁停頓。

5 效果分析

針對(duì)該礦煤層實(shí)際情況，改變施工方案，臨時(shí)支護(hù)采用錨網(wǎng)+工字鋼單棚支護(hù)，永久支護(hù)采用頂板注膠+錨桿、錨索+穿桿+抬棚的支護(hù)方式。整個(gè)十字頭施工安全順利完工，且支護(hù)可靠，錨桿、錨索均達(dá)到了設(shè)計(jì)的錨固力，穿桿和抬棚的配合布置使十字頭整體上美觀、空間上開(kāi)闊，斷面尺寸符合要求，通風(fēng)效果良好，為工作面上巷的開(kāi)口提供了很好的環(huán)境條件。另外在該十字頭中間位置安裝頂板離層儀，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察，頂板在半年內(nèi)下沉數(shù)據(jù)顯示不到3.9mm，抬棚梁腿和穿桿均無(wú)明顯變形。大大降低了修復(fù)率，提高了巷道的服務(wù)年限。

6 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)對(duì)某煤礦三軟煤層十字頭實(shí)際情況的分析，改變支護(hù)方案和施工工藝，加固了破碎頂板，加強(qiáng)了支護(hù)，安全順利的完成了施工，同時(shí)降低了十字頭的修復(fù)率，延長(zhǎng)了服務(wù)年限，具有良好的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益，體現(xiàn)了該施工技術(shù)的安全性、先進(jìn)性、優(yōu)越性。

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作者簡(jiǎn)介：荊剛（1986-），男，河南義馬，助理工程師，2009年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，現(xiàn)在永興工程有限責(zé)任公司生產(chǎn)技術(shù)部從事生產(chǎn)技術(shù)管理工作。