智能化綜采放頂煤掘進(jìn)巷道復(fù)合支護(hù)技術(shù)研究

摘 要：近年來厚煤層綜采放頂煤技術(shù)得到長足發(fā)展，并已取得顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。但在此項(xiàng)技術(shù)推廣應(yīng)用過程中，兩巷支護(hù)改革是擺在眼前的最大問題。為解決兩巷支護(hù)難題，我礦通過支護(hù)改革實(shí)踐，形成了一套適用于智能化綜放工作面開采的支護(hù)形式。工作面機(jī)巷采用三心拱U型棚配合錨索梁、鎖腿梁支護(hù)，風(fēng)巷采用半圓拱U型棚配合沿空側(cè)噴漿、注漿支護(hù)，最大限度保證支護(hù)效果并降低支護(hù)成本。

關(guān)鍵詞：松軟厚煤層；支護(hù)工藝改革；智能化綜采放頂煤；復(fù)合支護(hù)

0 前言

近年來，隨著煤礦采煤工藝由機(jī)械化逐漸向自動(dòng)化、智能化開采發(fā)展，先進(jìn)設(shè)備、先進(jìn)工藝叢出不窮。但傳統(tǒng)上兩巷采用半圓拱U型鋼棚被動(dòng)支護(hù)，存在兩巷超前管理工作量大、占用人員多、支護(hù)強(qiáng)度低、兩巷維護(hù)工作量大、受工作面動(dòng)壓影響巷道變形量大，造成兩巷超前支架、端頭支架發(fā)揮不了應(yīng)有作用等一系列問題，這些都是與安全高產(chǎn)高效回采相悖的。朱仙莊煤礦以8105工作面被選為集團(tuán)公司第一個(gè)智能化綜放工作面試點(diǎn)面為契機(jī)，并在集團(tuán)公司的大力支持下，我礦針對兩巷用途及設(shè)備使用要求，通過支護(hù)改革實(shí)踐，形成了綜采放頂煤掘進(jìn)巷道復(fù)合支護(hù)技術(shù)。

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(yè)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(qū)四區(qū)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(wěn)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(hù)及施工工藝改革

2.1 原巷道支護(hù)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(wǎng)索主動(dòng)支護(hù)，傳統(tǒng)上8煤巷道支護(hù)采用29U半圓拱U型鋼棚被動(dòng)支護(hù)，機(jī)巷、風(fēng)巷斷面規(guī)格為腰寬×凈高=4671×3500mm（如圖1）。

該種支護(hù)方式為半圓拱U型鋼棚被動(dòng)支護(hù)，巷道跟底掘進(jìn)施工期間，綜掘機(jī)截割易出現(xiàn)片幫掉頂現(xiàn)象，采用人工挖掘嚴(yán)重制約綜掘單進(jìn)。同時(shí)該支護(hù)在工作面回采動(dòng)壓影響下，巷道變形量大、支護(hù)破壞嚴(yán)重，需要占用大量人力、物力、時(shí)間在兩巷進(jìn)行維護(hù)，存在安全風(fēng)險(xiǎn)大、影響推進(jìn)速度、防火壓力大、支護(hù)成本高、制約安全高產(chǎn)高效回采等一系列問題。

2.2 支護(hù)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(shí)提高采掘效率，經(jīng)過前期實(shí)踐及支護(hù)效果，決定8105機(jī)巷采用4800×3500mm“三心拱U型棚+頂部錨索梁+幫部鎖腿梁”復(fù)合支護(hù)（如圖2），風(fēng)巷采用4645×3500mm“半圓拱U型鋼棚+沿空側(cè)噴漿、注漿”復(fù)合支護(hù)，兩巷支架均采用36U型鋼加工。

2.2.1 支護(hù)方案

⑴永久支護(hù)參數(shù)：8105機(jī)巷采用36U“三心拱”U型棚支護(hù)，斷面規(guī)格為4800×3500mm；8105風(fēng)巷采用36U半圓拱U型棚支護(hù)，斷面規(guī)格為4645×3500mm。

⑵頂部錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)參數(shù)：8105機(jī)巷頂部施工2道錨索梁補(bǔ)強(qiáng)加固，錨索采用YMS17.8/6.3-1860型，錨索間距1000mm，錨索預(yù)緊力不小于120KN。

⑶幫部補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)參數(shù)：8105機(jī)巷兩幫各施工2道鎖腿；8105風(fēng)巷兩幫各施工3道鎖腿，鎖腿梁采用29U型鋼加工；8105風(fēng)巷沿空側(cè)在噴漿前施工注漿錨桿，沿空側(cè)噴漿厚度≮100mm，砼強(qiáng)度C20。

2.2.2 施工工藝

由于8煤松軟、頂板極易片漏，傳統(tǒng)上綜掘機(jī)無法用于截割上部，只能靠人工挖掘，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，只有解決煤頂片漏，才能綜掘設(shè)備高效充分發(fā)揮出來。在施工實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，使用超前注漿加固，封孔難度大、漿液擴(kuò)散半徑小、注漿時(shí)間長、材料浪費(fèi)嚴(yán)重，并且無法達(dá)到固結(jié)煤體作用。但在掘進(jìn)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(jī)可以正常進(jìn)行全斷面截割作業(yè)，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了掘進(jìn)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(gè)正規(guī)循環(huán)（單循環(huán)進(jìn)尺1000mm）距離頂部煤體。

8105風(fēng)巷沿空側(cè)小煤柱注漿，平均每孔注漿1.0袋水泥，注漿壓力達(dá)到1Mpa。留設(shè)的4m煤柱在8104工作面的采動(dòng)影響下，裂隙較為發(fā)育，注漿質(zhì)量較好，基本可以達(dá)到充填裂隙，對煤體起到固化作用。在8105風(fēng)巷施工臨時(shí)避難硐室前，對臨時(shí)避難硐室進(jìn)行提前注漿，通過施工開挖發(fā)現(xiàn)，漿液擴(kuò)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(jié)更為明顯，可以有效充填裂隙，達(dá)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(hù)效果分析

3.1.1 支護(hù)方案對比

⑴8103工作面與8105工作面位于同一采區(qū)，地質(zhì)特點(diǎn)一致，采用4600×3500mm半圓拱U型棚被動(dòng)支護(hù)，U型鋼規(guī)格為29U，巷道壓力顯現(xiàn)明顯，U型棚變形嚴(yán)重，嚴(yán)重影響回采使用，需要每天安排專人對兩巷進(jìn)行維護(hù)。通過對巷道變形量監(jiān)測發(fā)現(xiàn)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(shí)間推移持續(xù)縮小，后期嚴(yán)重影響工作面回采。

⑵8105工作面采用“36U型鋼架錨”復(fù)合主動(dòng)支護(hù)，設(shè)計(jì)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(fā)生。通過對巷道變形量監(jiān)測發(fā)現(xiàn)：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(wěn)定。

⑶效果對比

復(fù)合主動(dòng)支護(hù)相較于架棚被動(dòng)支護(hù)有明顯優(yōu)勢，巷道抗壓強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，巷道變形量顯著減小，且巷道趨于穩(wěn)定的時(shí)間較短，更有利于后期工作回采。

4 結(jié)論

⑴朱仙莊煤礦綜放工作面煤頂下支護(hù)改革取得重大突破。采用“架錨”復(fù)合支護(hù)解決了多年來煤頂下巷道支護(hù)強(qiáng)度低，巷道變形量大的難題，實(shí)現(xiàn)了變煤頂下巷道被動(dòng)支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，顯著提高了巷道支護(hù)的安全性。

⑵超前骨架實(shí)現(xiàn)了超前固化前方煤體，提高了綜掘機(jī)的利用率，大大降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了掘進(jìn)機(jī)械化單進(jìn)。

⑶復(fù)合支護(hù)技術(shù)，支護(hù)強(qiáng)度得到了保證，我們可以根據(jù)兩巷用途不同，將機(jī)巷變成“三心拱”斷面支護(hù)，更加適應(yīng)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(jìn)而保證工作面安全高產(chǎn)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(hù)工作量較小。既減少了兩巷維護(hù)的用工量，又減少了兩巷維護(hù)二次支護(hù)材料的投入，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、職能化減人，降低了成本。

參考文獻(xiàn)：

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[2]淺談煤礦巷道支護(hù)類型的選擇[J]. 武曉維. 山東工業(yè)技術(shù). 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(shù)管理工作。