煤礦巷道長(zhǎng)距離臨時(shí)支護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

李 強(qiáng)

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)永定莊煤業(yè)公司機(jī)電部，山西 大同 037000）

引言

煤炭作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不可或缺的能源之一，在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)被替代，需求量還會(huì)不斷增加[1]。煤炭掘進(jìn)工作大多在井下開(kāi)展，條件惡劣、環(huán)境復(fù)雜，安全問(wèn)題一直是煤炭行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)[2]。巷道支護(hù)作為井下煤炭安全開(kāi)采作業(yè)的重要保障，隨著煤炭掘進(jìn)產(chǎn)量和巷道斷面尺寸的不斷增大，支護(hù)的穩(wěn)定性要求越來(lái)越高[3]。目前我國(guó)半煤巖巷道基本采用的是懸臂式掘進(jìn)機(jī)和單體錨桿鉆機(jī)聯(lián)合作業(yè)，存在巷道一次掘進(jìn)距離短、效率低的問(wèn)題，如何提高巷道掘進(jìn)距離，保證巷道穩(wěn)定安全已成為半煤巖巷道掘進(jìn)關(guān)注的焦點(diǎn)。

基于上述問(wèn)題，以某煤炭輔助運(yùn)輸順槽半煤巖巷為工程背景，引入長(zhǎng)距離臨時(shí)支護(hù)技術(shù)，對(duì)于提高煤炭巷道掘進(jìn)的安全性，保證煤炭企業(yè)的煤炭產(chǎn)能和效率具有重要意義。

1 掘進(jìn)工作面概況

煤炭企業(yè)掘進(jìn)工作面巷道運(yùn)輸順槽斷面尺寸數(shù)值為4.6 m×3 m（長(zhǎng)×寬），斷面面積數(shù)值為13.8 m2，巷道的總體掘進(jìn)產(chǎn)量數(shù)值為3 560 m。巷道掘進(jìn)過(guò)程沿煤層底板開(kāi)展，破底范圍30～500 mm，煤層的坡度范圍±3°。

巷道掘進(jìn)斷面內(nèi)部的煤層具體情況如下：煤層厚度范圍數(shù)值為1.55～1.90 m，平均煤層厚度為1.60 m，屬于半煤巖范疇。巷道頂?shù)装宓膸r性和厚度參數(shù)如下：偽頂位置煤層厚度較小，分布情況不均勻，一般厚度尺寸范圍為0.2～0.5 m，平均厚度尺寸為0.4 m，以砂質(zhì)泥巖、泥巖和粉砂巖為主。直接頂位置的煤層厚度分布不均勻，厚度范圍較寬，一般為1.75～11.2 m，平均厚度尺寸為7.4 m，以細(xì)粒砂巖為主?；卷?shù)暮穸确秶鸀?.65～13.60 m，平均厚度數(shù)值為11.2 m，以淺灰、灰白色中粒砂巖為主。直接底位置的煤層厚度范圍為3.20～5.2 m，平均厚度數(shù)值為4.4 m，以石英為主。

2 臨時(shí)支護(hù)裝置及使用排距設(shè)計(jì)

2.1 臨時(shí)支護(hù)裝置

煤礦掘進(jìn)工作面巷道運(yùn)輸順槽現(xiàn)場(chǎng)使用的臨時(shí)支護(hù)裝置為吊環(huán)式前探梁結(jié)構(gòu)，存在控頂距離較短，對(duì)空頂區(qū)頂板不能施加主動(dòng)支撐力，控頂效果較差等問(wèn)題?；谏鲜雠R時(shí)支護(hù)問(wèn)題及臨時(shí)支護(hù)裝置，引進(jìn)了新的臨時(shí)支護(hù)裝置，是一種“循環(huán)組合梁式”臨時(shí)支護(hù)裝置。

2.2 支護(hù)排距

針對(duì)新引進(jìn)的“循環(huán)組合梁式”臨時(shí)支護(hù)裝置，結(jié)合巷道內(nèi)部掘進(jìn)工藝流程及掘進(jìn)機(jī)作業(yè)參數(shù)，設(shè)計(jì)支護(hù)排距尺寸數(shù)值為800 mm。與此同時(shí)，基于巷道圍巖地質(zhì)條件及掘進(jìn)實(shí)際情況也會(huì)預(yù)留部分臨時(shí)支護(hù)距離，臨時(shí)支護(hù)排距設(shè)計(jì)時(shí)，巷道周圍巖層完整性高條件下，臨時(shí)支護(hù)距離能夠設(shè)計(jì)為3.2 mm，在巖層地質(zhì)條件較差的條件下，臨時(shí)支護(hù)距離也能夠設(shè)計(jì)為1.6 m，由此可見(jiàn)，“循環(huán)組合梁式”臨時(shí)支護(hù)裝置的引進(jìn)，能夠?qū)⒅ёo(hù)距離提高一倍以上，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。圖1給出了3.2 m排距臨時(shí)支護(hù)布置情況。

2.3 臨時(shí)支護(hù)原理及優(yōu)勢(shì)

圖1 臨時(shí)支護(hù)裝置布置情況（單位：mm）

“循環(huán)組合梁式”臨時(shí)支護(hù)裝置組成包括前探梁、護(hù)頂橫梁和輕型單體柱，工作過(guò)程中，巷道迎頭掘進(jìn)2排預(yù)留空頂距1.6 m后，采用玻璃鋼單體支柱去支撐巷道護(hù)頂位置的橫梁，將支護(hù)力傳輸至巷道空頂區(qū)位置，實(shí)現(xiàn)橫向強(qiáng)力控頂；以此同時(shí)，將前探梁進(jìn)行前移，穿過(guò)前探梁延伸凹槽，轉(zhuǎn)動(dòng)伸梁結(jié)構(gòu)使其接觸巷道頂部實(shí)現(xiàn)縱向輔助控頂；上述布置情況實(shí)現(xiàn)了“組合梁式”控頂結(jié)構(gòu)，將支護(hù)接觸面增大，更能保證巷道頂板的可靠支護(hù)。之后再次循環(huán)掘進(jìn)2排，支護(hù)方式和過(guò)程基本相同，完成兩次循環(huán)形成一次大循環(huán)，距離長(zhǎng)度尺寸為3.2 m，當(dāng)臨時(shí)支護(hù)結(jié)束時(shí)，掘進(jìn)機(jī)退出迎頭區(qū)域，進(jìn)行錨網(wǎng)索支護(hù)工序。

“循環(huán)組合梁式”臨時(shí)支護(hù)裝置的引入，成功彌補(bǔ)了原來(lái)臨時(shí)支護(hù)方式不能對(duì)空頂區(qū)頂板施加主動(dòng)支撐力的不足，同時(shí)該裝置還具有使用簡(jiǎn)便、增大掘進(jìn)空間的優(yōu)點(diǎn)，更重要的是達(dá)到了巷道掘進(jìn)工作的連續(xù)開(kāi)展，延長(zhǎng)了掘進(jìn)距離，簡(jiǎn)化了施工工序，保證了巷道掘進(jìn)的高速開(kāi)展。

3 長(zhǎng)距離臨時(shí)支護(hù)施工工序

“循環(huán)組合梁式”臨時(shí)支護(hù)技術(shù)引進(jìn)之后改善了原支護(hù)方式施工工序較為復(fù)雜的現(xiàn)狀，重新擬定了巷道掘進(jìn)施工工藝流程，掘進(jìn)機(jī)完成煤巖的破、裝、運(yùn)等過(guò)程之后，可以不退出掘進(jìn)迎頭，人工完成空頂區(qū)臨時(shí)支護(hù)工作即可。之后啟動(dòng)掘進(jìn)機(jī)重復(fù)上述破、裝、運(yùn)、支過(guò)程，兩次掘進(jìn)之后將掘進(jìn)機(jī)退離迎頭，進(jìn)行永久支護(hù)等掘巷后續(xù)工序。圖2給出了“循環(huán)組合梁式”臨時(shí)支護(hù)技術(shù)的施工工藝流程。

圖2 “循環(huán)組合梁式”臨時(shí)支護(hù)技術(shù)施工工藝

“循環(huán)組合梁式”臨時(shí)支護(hù)技術(shù)施工工藝具體內(nèi)容如下：接班及輔助工作完成開(kāi)啟掘進(jìn)機(jī)前移工作，要求掘進(jìn)機(jī)每排前進(jìn)距離為0.8 m，每次啟動(dòng)掘進(jìn)兩排，距離為1.6 m，完成運(yùn)煤后關(guān)閉掘進(jìn)機(jī)，不需要退出迎頭；進(jìn)行迎頭空頂位置的敲幫檢查，之后人工安裝臨時(shí)支護(hù)裝置支護(hù)迎頭空頂，順帶鋪金屬網(wǎng)；再次啟動(dòng)掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)兩排，距離為1.6 m，重復(fù)上述工序之后掘進(jìn)機(jī)退至迎頭空頂區(qū)后方2～3 m處關(guān)閉；運(yùn)用氣動(dòng)錨桿鉆進(jìn)行頂板錨桿打孔進(jìn)行錨桿支護(hù)，同時(shí)，采用氣腿式鑿巖機(jī)進(jìn)行幫部錨桿的施工，上述過(guò)程為一個(gè)大循環(huán)掘進(jìn)為3.2 m。

4 應(yīng)用效果分析

為了驗(yàn)證新引進(jìn)“循環(huán)組合梁式”臨時(shí)支護(hù)技術(shù)施工工序的可行性和效果，將其在某煤炭輔助運(yùn)輸順槽半煤巖巷進(jìn)行應(yīng)用，跟蹤記錄運(yùn)行情況，結(jié)果表明，新的臨時(shí)支護(hù)方法快速高效，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離可靠支護(hù)的目的。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，相較于原來(lái)吊環(huán)式前探梁結(jié)構(gòu)的臨時(shí)支護(hù)方式，“循環(huán)組合梁式”臨時(shí)支護(hù)裝置及技術(shù)實(shí)現(xiàn)了3.2 m的長(zhǎng)距離控頂，達(dá)到了空頂區(qū)頂板主動(dòng)支撐的目的，提高了巷道掘進(jìn)的效率，預(yù)計(jì)單班能夠掘進(jìn)六排，共4.8 m，提高了近30%，預(yù)計(jì)為煤炭企業(yè)新增經(jīng)濟(jì)效益近100萬(wàn)元/年，取得了很好的應(yīng)用效果。

5 結(jié)語(yǔ)

支護(hù)技術(shù)作為巷道掘進(jìn)工作安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，直接關(guān)系在煤炭企業(yè)的產(chǎn)能和效率。針對(duì)某煤炭輔助運(yùn)輸順槽半煤巖巷現(xiàn)有吊環(huán)式前探梁結(jié)構(gòu)臨時(shí)支護(hù)存在控頂距離短、無(wú)主動(dòng)支撐力、控頂效果不佳等問(wèn)題，開(kāi)展了“大循環(huán)組合梁式”臨時(shí)支護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)工作。結(jié)果表明，新臨時(shí)支護(hù)技術(shù)達(dá)到了長(zhǎng)距離控頂、主動(dòng)支撐等目的，應(yīng)用結(jié)果顯示，控頂長(zhǎng)度由原來(lái)的0，8 m提高到了3.2 m，并且實(shí)現(xiàn)了頂板主動(dòng)支撐的效果，同時(shí)，單班掘進(jìn)距離到達(dá)4.8 m，提高了近30%，為煤炭企業(yè)新增經(jīng)濟(jì)效益近100萬(wàn)元/年。