大斷面切巷刷安一體及無(wú)錨支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

許 起

（長(zhǎng)春興煤業(yè)有限公司，山西 大同 037101）

0 引言

大斷面切巷快速施工對(duì)切巷圍巖控制、施工周期、采掘銜接具有重要意義，我國(guó)多數(shù)煤礦對(duì)切巷主要采用一次性全斷面掘進(jìn)和分段掘進(jìn)兩種施工方案，無(wú)論哪種施工方案都需對(duì)切巷圍巖進(jìn)行支護(hù)，待切巷施工完后依次安裝設(shè)備，但是傳統(tǒng)切巷施工時(shí)存在很多技術(shù)難題，主要表現(xiàn)在以下幾方面：①切巷施工周期長(zhǎng)，對(duì)采掘銜接影響大；②切巷施工時(shí)圍巖支護(hù)數(shù)量多，增加了支護(hù)成本費(fèi)用；③切巷斷面大，支護(hù)效果差，圍巖變形嚴(yán)重等，不利于煤礦安全高效生產(chǎn)；本文以長(zhǎng)春興煤礦307工作面為研究對(duì)象，對(duì)工作面大斷面切巷施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，提出了刷安一體及無(wú)錨支護(hù)技術(shù)。

1 概述

長(zhǎng)春興煤業(yè)有限公司307工作面位于井田南盤(pán)區(qū)，工作面東部為英格寨煤礦采空區(qū)，南部為303采空區(qū)，西部為盤(pán)區(qū)大巷。

307工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為1 970 m，傾向長(zhǎng)度為230 m，回采煤層為22號(hào)層，平均厚度為9.76 m，平均傾角為2°，22號(hào)層布置在石炭系太原組中下部，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層內(nèi)含多層夾矸，夾矸總厚度為1.6 m，以砂質(zhì)泥巖為主；22號(hào)層頂?shù)装鍘r性見(jiàn)表1。

表1 22號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性匯總表

307切巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為230 m，設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=9.5 m×3.7 m，切巷采用大斷面掘進(jìn)小斷面刷幫施工，掘進(jìn)寬度為5.5 m，刷幫寬度為4.0 m；截止2020年2月17日307切巷掘進(jìn)貫通施工，準(zhǔn)備擴(kuò)幫施工。

2 切巷初步施工方案及支護(hù)技術(shù)

2.1 切巷初步施工方案

307切巷主要采用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)，先施工采空區(qū)側(cè)后擴(kuò)刷煤壁側(cè)，掘進(jìn)側(cè)切巷掘進(jìn)時(shí)在切巷及運(yùn)輸順槽內(nèi)安裝1部SSJ-800型帶式輸送機(jī)，2部帶式輸送機(jī)聯(lián)合出煤，當(dāng)切巷貫通后，撤出切巷內(nèi)帶式帶式輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)，并將掘進(jìn)機(jī)回撤至切巷口處，然后將運(yùn)輸順槽內(nèi)帶式輸送機(jī)縮尾至切巷煤壁幫處，縮移距離為4.0 m；在切巷口處重新安裝轉(zhuǎn)載機(jī)以及帶式輸送機(jī)進(jìn)行擴(kuò)幫施工。

2.2 支護(hù)設(shè)計(jì)

1）支護(hù)支護(hù)設(shè)計(jì)：601切巷掘進(jìn)期間切巷頂板主要采W型鋼帶、無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿、組合錨索聯(lián)合支護(hù):掘進(jìn)段切巷頂板采用的W型鋼帶長(zhǎng)度為5.0 m，寬度為0.28 m，每根鋼帶配套7根長(zhǎng)度為2.5 m，直徑為22 mm錨桿，錨桿布置間排距為：間距×排距=0.8 m×1.0 m，如圖1所示，擴(kuò)幫側(cè)頂板安裝的W型鋼帶長(zhǎng)度為4.2 m，每根鋼帶配套6根錨桿，錨桿布置間排距為：間距×排距=0.8 m×1.0 m，掘進(jìn)側(cè)與擴(kuò)幫側(cè)頂板鋼帶交錯(cuò)布置；切巷頂板組合錨索采用“三.二.三”布置方式，組合錨索布置間距為1.6 m，排距為3.0 m，錨索長(zhǎng)度為8.3 m，直徑為21.8 mm。

圖1 307切巷初步支護(hù)設(shè)計(jì)斷面示意圖

2）巷幫支護(hù)：切巷采空區(qū)側(cè)巷幫主要采用金屬網(wǎng)、鋼錨桿聯(lián)合支護(hù)，共布置三排護(hù)幫，護(hù)幫排距為1.2 m，間距為1.0 m，第一排施工在距頂板0.5 m處，鋼錨桿長(zhǎng)度為2.0 m，直徑為20 mm；煤壁側(cè)巷幫采用塑料網(wǎng)、玻璃鋼錨桿支護(hù)，玻璃鋼錨桿長(zhǎng)度2.0 m，直徑為18 mm，配套直徑為20 mm玻璃托盤(pán)，支護(hù)設(shè)計(jì)與采空區(qū)相同。

3）切巷加強(qiáng)支護(hù)：為了進(jìn)一步提高切巷頂板整體穩(wěn)定性，切巷施工完后在切巷內(nèi)支設(shè)3排單體液壓支柱和1排“井”字形木垛進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)；第一排單體柱支設(shè)在距采空區(qū)側(cè)巷幫1.0 m處，相鄰2排單體柱布置排距為3.5 m，單體柱布置間距為2.0 m；木垛布置在機(jī)械掘進(jìn)側(cè)切巷道內(nèi)，距采空區(qū)側(cè)巷幫間距為2.5 m，布置間距為10 m。

2.3 原施工工藝主要存在的問(wèn)題

1）擴(kuò)幫周期長(zhǎng)：長(zhǎng)春興煤礦303、305工作面主要采用分?jǐn)嗝媸┕?，先大斷面掘進(jìn)后小斷面擴(kuò)幫，當(dāng)大斷面掘進(jìn)到位后需將所有設(shè)備（帶式輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、掘進(jìn)機(jī)）拆除搬運(yùn)至切巷口處重新安裝，然后繼續(xù)擴(kuò)幫施工，采用該施工工藝時(shí)，擴(kuò)幫周期長(zhǎng)，而且擴(kuò)幫后需二次拆除設(shè)備，最后方可安裝液壓支架、刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)等，施工工序復(fù)雜。

2）支護(hù)成本費(fèi)用高：采用傳統(tǒng)施工工藝時(shí)，擴(kuò)幫區(qū)域頂板每排布置5根錨桿、1根W型鋼帶以及1組組合錨索；巷幫每排布置4根玻璃鋼錨桿，按切巷長(zhǎng)度為230 m計(jì)算，共計(jì)需施工頂板錨桿1 725根，頂組合錨索230組，玻璃鋼錨桿920套，W型鋼帶230根，支護(hù)費(fèi)用達(dá)39.4萬(wàn)元，支護(hù)成本費(fèi)用高。

3）勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大：切巷傳統(tǒng)擴(kuò)幫施工時(shí)，切巷設(shè)備安裝次數(shù)多、圍巖支護(hù)數(shù)量大，造成施工人員勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度、勞動(dòng)費(fèi)用高。

4）圍巖變形嚴(yán)重：由于切巷施工斷面，303、305切巷施工斷面面積達(dá)35 m3，采用分?jǐn)嗝孢M(jìn)行施工時(shí)所有巷道頂板采用錨桿（索）支護(hù)，但是大斷面施工時(shí)頂板支護(hù)與擴(kuò)幫施工時(shí)頂板支護(hù)不連續(xù)，錨桿（索）在圍巖內(nèi)無(wú)法形成連續(xù)穩(wěn)定的承載梁結(jié)構(gòu)，降低了圍巖支護(hù)強(qiáng)度，而切巷施工完后在安裝綜采設(shè)備期間周期為30～50 d，在此期間切巷內(nèi)產(chǎn)生卸壓作用，導(dǎo)致圍巖變形嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在頂板下沉、斷裂，煤壁片幫等。

3 切巷刷安一體及無(wú)錨支護(hù)技術(shù)

根據(jù)305、303工作面切巷采用傳統(tǒng)施工工藝來(lái)看，切巷在施工過(guò)程中主要存在的問(wèn)題表現(xiàn)在以下幾方面：切巷施工周期長(zhǎng)、支護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度大、工序復(fù)雜、支護(hù)成本費(fèi)用高以及切巷頂板破碎下沉等，對(duì)此長(zhǎng)春興煤礦通過(guò)技術(shù)研究，對(duì)原切巷施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，提出了切巷刷安一體及無(wú)錨支護(hù)技術(shù)。

3.1 準(zhǔn)備工作

1）307切巷機(jī)械掘進(jìn)貫通后拆除原切巷內(nèi)帶式輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)，并將掘進(jìn)機(jī)后退至切巷口處，同時(shí)將運(yùn)輸順槽內(nèi)SSJ-800型帶式輸送機(jī)縮尾至工作面煤壁側(cè)。

2）在切巷頭尾絞車硐室內(nèi)各安裝1臺(tái)40 kW回注絞車，在工作面中部擴(kuò)幫側(cè)安裝1臺(tái)25 kW雙向絞車，其中尾部以及工作面絞車出繩方向朝頭部，頭部絞車出繩方向朝運(yùn)輸順槽內(nèi)，如圖2所示。

圖2 307切巷軌道鋪設(shè)、絞車安裝平面示意圖

3）在切巷距擴(kuò)幫側(cè)2.0 m處安裝軌道，規(guī)矩為0.9 m，在運(yùn)輸順槽非煤壁側(cè)安裝同類型軌道，在運(yùn)輸順槽組裝硐室內(nèi)組裝液壓支架叉車。

4）在切巷擴(kuò)幫口處安裝1臺(tái)P-60B型礦用隔爆型耙?guī)r機(jī)，耙?guī)r機(jī)與運(yùn)輸順槽內(nèi)帶式輸送機(jī)搭接。

3.2 切巷擴(kuò)刷、支架安裝工藝

1）在前10 m范圍內(nèi)307切巷采用松動(dòng)爆破施工，每排布置5個(gè)松動(dòng)爆破孔，共計(jì)布置2排，孔深為1.0 m，間距為1.2 m，排距為2.0 m，每個(gè)炮孔安裝1支礦用乳化炸藥以及毫秒延期電雷管。

2）松動(dòng)爆破擴(kuò)幫后采用P-60B型耙?guī)r機(jī)就是清理工作面內(nèi)煤矸，當(dāng)松動(dòng)爆破擴(kuò)幫長(zhǎng)度達(dá)10 m后及時(shí)拆除切巷內(nèi)耙?guī)r機(jī)，并在切巷內(nèi)安裝1臺(tái)液壓裝載機(jī)。

3）307切巷擴(kuò)幫完成后在切巷口5.0 m范圍內(nèi)，擴(kuò)幫區(qū)域頂板主要采用單體液壓支柱配合π型頂梁進(jìn)行支護(hù)，采用“一梁三柱”支護(hù)方式，其中單體柱布置間距為1.5 m，頂梁長(zhǎng)度為3.5 m，支護(hù)布置排距為1.0 m。

4）307切巷擴(kuò)幫施工至6.0 m處時(shí)停止施工，將單體液壓支架運(yùn)輸至組裝硐室口處，并裝車至支架叉車內(nèi)，然后通過(guò)軌道將支架運(yùn)輸至切巷口卸車。

5）液壓支架卸車后利用機(jī)頭處回柱絞車以及工作面內(nèi)雙向絞車對(duì)液壓支架調(diào)向，調(diào)向后保證支架與煤壁垂直，調(diào)向完成后及時(shí)回撤切巷口3組單體柱支護(hù)，然后利用機(jī)尾處回柱絞車將液壓支架拉至空頂區(qū)對(duì)頂板及時(shí)支護(hù)，如圖3所示。

圖3 切巷擴(kuò)刷、支架安裝施工平面示意圖

6）第一架支架安裝到位后依次安裝第二架、第三架；液壓支架滯后擴(kuò)幫面5.0 m，擴(kuò)幫10 m后在擴(kuò)幫側(cè)安裝1部40T刮板輸送機(jī)，輸送機(jī)與運(yùn)輸順槽帶式輸送機(jī)搭接聯(lián)合出煤，采用液壓裝載機(jī)擴(kuò)幫。

3.3 施工注意事項(xiàng)

1）擴(kuò)幫施工時(shí)采用松動(dòng)爆破施工工藝，采用正向裝藥方式，爆破孔必須采用水炮泥進(jìn)行封孔，封孔長(zhǎng)度不得低于0.6 m，爆破施工前必須對(duì)切巷口電纜、信號(hào)線以及設(shè)備采用廢舊皮帶進(jìn)行包裹，爆破施工嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢、三人聯(lián)鎖”放炮制度。

2）在支架安裝前應(yīng)將乳化泵站、開(kāi)關(guān)等設(shè)備安裝導(dǎo)致，并鋪設(shè)液壓管路至切巷口處；擴(kuò)幫施工時(shí)嚴(yán)禁空頂作業(yè)頂板最大空頂距不得超過(guò)0.5 m，擴(kuò)幫距離達(dá)3個(gè)支架寬度時(shí)及時(shí)安裝支架，支架安裝后必須及時(shí)升架，打開(kāi)護(hù)幫板，保證支架具有足夠初撐力、工作阻力。

3）在進(jìn)行擴(kuò)幫施工時(shí)，若頂板破碎、煤壁片幫嚴(yán)重且采用單體柱無(wú)法及時(shí)維護(hù)時(shí)，應(yīng)對(duì)頂板、煤壁采用錨桿（索）加強(qiáng)支護(hù)，必須時(shí)可對(duì)破碎圍巖進(jìn)行注漿加固。

4）為了保證擴(kuò)幫施工安全，在擴(kuò)幫前需對(duì)切巷口處采用錨索吊棚進(jìn)行鎖口施工，切巷口處施工2架錨索吊棚，每架錨索吊棚采用1根長(zhǎng)度為4.0 m工字鋼梁和3根長(zhǎng)度為8.0 m，直徑為21.8 mm錨索組成。

4 實(shí)際應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

截止2020年3月29日307切巷擴(kuò)幫到位且工作面135架支架全部安裝到位，通過(guò)與傳統(tǒng)切巷施工工藝相比，切巷刷安一體及無(wú)錨支護(hù)技術(shù)應(yīng)用后取得了顯著應(yīng)用成效。

1）縮短了施工周期：傳統(tǒng)工藝擴(kuò)幫施工時(shí)周期為32 d，液壓支架安裝周期為25 d，而采用切巷刷安一體技術(shù)后減少了擴(kuò)幫側(cè)頂板支護(hù)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)幫與支架安裝同步進(jìn)行，大大縮短了切巷施工及支架安裝時(shí)間，通過(guò)307切巷施工現(xiàn)場(chǎng)來(lái)看，僅需44 d即可完成，縮短了13 d。

2）降低了支護(hù)成本費(fèi)用：切巷采用傳統(tǒng)施工工藝時(shí)，擴(kuò)幫側(cè)頂板共計(jì)施工230根鋼帶，1 380根頂板錨桿以及180組組合錨索，支護(hù)費(fèi)用達(dá)54萬(wàn)元，而采用無(wú)錨支護(hù)技術(shù)后，切巷擴(kuò)刷后頂板采用液壓支架以及液壓支柱支護(hù)，可降低支護(hù)成本費(fèi)用為49.6萬(wàn)元，而且簡(jiǎn)化支護(hù)工序，降低了支護(hù)勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度。

3）提高切巷頂板穩(wěn)定性：切巷采用傳統(tǒng)施工工藝時(shí)，雖然頂板施工了大量錨桿、錨索支護(hù)，但是由于切巷斷面大，切巷施工后頂板暴露時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致切巷頂板出現(xiàn)卸壓現(xiàn)象，造成頂板破碎、垮落，不利于后期設(shè)備安裝；而采用切巷刷安一體后，切巷施工后及時(shí)采用液壓支架進(jìn)行支護(hù)，縮短了切巷頂板暴露時(shí)間，提高切巷支護(hù)強(qiáng)度，有效防止了頂板破碎現(xiàn)象。

5 結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)春興煤礦對(duì)307切巷施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，采取切巷刷安一體及無(wú)錨支護(hù)技術(shù)后有效提高了切巷及支架安裝速度，減少了支護(hù)成本費(fèi)用，保證了切巷施工安全，可對(duì)該技術(shù)在煤炭行業(yè)進(jìn)行推廣應(yīng)用，對(duì)煤礦安全高效生產(chǎn)具有重要意義。