煤矿掘进支护设计与工艺

2018-07-06张志茸

机械管理开发 2018年6期

张志茸

（同煤集团四台矿机掘一队，山西大同 037000）

引言

目前，同煤集团四台矿所掘的2723巷设计长度为1190 m，沿侏罗系煤层掘进，煤层呈北高南低的单斜构造，平均煤厚2.47 m，平均倾角2.0°，与上覆煤层最大层间距为6.57 m，最小层间距为1.7 m，平均层间距4.64 m。掘进过程中会遇到四个正断层并且局部顶板有离层，地质条件复杂，对安全生产造成很大影响。而锚网支护临时支护可以及时保障煤矿掘进安全顺利进行，提高煤矿掘进的效率，因此加强掘进过程中工作面的支护设计与工艺是保障煤矿掘进顺利进行的关键。

1 煤矿掘进巷道支护设计

1.1 支护材料规格及巷道支护断面

1.1.1 支护材料规格

根据层间距的变化选择合适长度的锚索，钢梁长3.6 m，钢梁间距1.6 m，树脂药采用MSCK2360。支护断面宽×高为4300 m×2700 m。

1.1.2 支护设计

按悬吊理论计算锚杆参数。

1.1.2.1 锚杆长度L

式中：H为冒落高度，m；K为安全系数，一般取2；L1为锚杆锚入稳定岩层的深度，一般按经验取0.6 m；L2为锚杆在巷道中的外露长度，一般取0.1 m。

式中：B为巷道开掘宽度，取4.3m；f为岩石坚固性系数，直接顶为复合性顶板，取最小值4.5。则L=1.66 m。

1.1.2.2 锚杆间排距a

式中：Q为锚杆设计锚固力，现场拉拔实验50～100 kN，取100 kN；H为冒落高度，取0.5～0.7 m；γ为被悬吊岩石的重力密度，查表取2.05 kg/m3；K为安全系数，一般取2。则a=1.87 m。施工时取a＝1000 mm。

为了增加安全系数，选用Φ18 mm×1800 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆配合钢带、拱形托盘支护顶板，锚杆排间距为1000 mm×1000 mm。当围岩稳定性较差时，锚杆间距缩小至800 mm。

1.2 锚索加强支护

巷道永久支护后，在施工过程中，根据围岩变化情况或在施工交岔点及过断层时要采用锚索加强支护，锚索排间距为1400 mm×3000 mm。

巷道安装锚索时，考虑到锚索为在原锚杆、钢带联合支护基础上的加强支护，故两根即可满足设计要求。根据《2723工作面掘进地质说明书》资料分析，2723巷与上覆煤层层间距为2.9～8.5 m，平均层间距4.8 m。在施工过程中应根据层间距的变化选择合适长度的钢绞线：层间距L≥6 m，使用4 m钢绞线，锚索间距为3 m；层间距为6 m＞L≥4 m，使用4 m钢绞线，锚索间距为2 m；层间距为4 m＞L≥3.0 m时吊挂3.6 m长钢梁，使用合适长度的钢绞线，锚索间距为2 m，两端锚索斜拉角度为60°；层间距为3 m＞L≥2.5 m时吊挂3.6 m长钢梁，使用合适长度的钢绞线，锚索间距为1 m，两端锚索斜拉角度为55°；层间距L＜2.5 m时另行编制专项安全技术组织措施[1]。

1.3 顶板支护参数设计

2723巷支护方式采用左旋无纵筋螺纹钢锚杆、锚索联合支护；2723巷锚杆布置四排，排间距为1000 mm×1000 mm；锚索应根据层间距的变化选择合适长度的钢绞线进行顶板支护；顶板破碎时铺设顶网，金属网铺平、铺展，紧贴顶板，对接合理，三花布置间距为0.2 m，连网要孔孔相连，双丝双扣，绑扎牢固，绑死扭结不少于三圈。

2 煤矿掘进巷道支护工艺

2.1 安装锚杆要求

钢带配合高强度托盘支护，蝶形垫片要求接顶严实，确保抗拔力达到设计要求。锚杆外露长度控制在螺母外10～40 mm。顶锚杆使用树脂药卷，顶锚杆每孔使用一根药卷。安装锚杆时，用锚杆体顶住送至孔底，开始边搅拌边匀速推进到孔底，搅拌时间为20～25 s，凝固后取下钻机或锚头，3 min后使用风动或加长力矩扳手紧固，1～2 h后必须对锚杆进行二次复拧。锚杆排间距误差不超过±100 mm。锚杆支护必须由外向里逐排进行，支护时，应先支护巷道中部锚杆，后支护巷道两边锚杆，打一个眼完毕后，及时安装一根锚杆。顶帮锚杆支护必须是先打顶锚杆后，再打帮锚杆，且帮锚杆紧跟工作面[2]。

2.2 锚索支护要求

打锚索使用MQT-120/2.5型锚杆钻机，打眼前先送水后开钻，严禁无水开钻，推力要适当，严禁猛升造成钻杆折断。锚索眼深：使用4 m锚索时，眼深为3.8 m，每孔使用两根药卷，药卷搅拌时间为20～25 s，严禁随意截短药卷或钢绞线。锚索预紧力应在100 kN以上，单根设计锚固力不低于200 kN。锚索应尽量与岩层层面垂直布置，外露长度控制在锁具外150～250 mm。

2.3 钻眼方法

巷道顶板支护采用MQT-120/2.5型气动锚杆钻机钻孔，使用Φ28 mm的羊角钻头、组合钻杆。钻孔深度、角度符合设计要求。即顶锚杆眼深1750mm，锚杆与顶板或巷道轮廓线夹角不得小于75°，锚索眼深3800 mm，锚索角度不得小于87°。锚索孔深偏差0～＋200 mm，锚杆孔深偏差0～＋50 mm，钻孔直径与树脂药卷直径之差应为4～6 mm，钻孔直径与锚杆杆体直径之差应为6～10 mm。

2.4 支护工艺要求

2.4.1 前伸侧翻机载前探操作程序

掘进机完成截、割、装煤作业后，应将截割头放下。必须把掘进机开关置于“闭锁”位置，使切割电机无法启动。先检查支护装置各部位零部件及管路是否完好，再操作二位三通阀使液压油切换到支护装置的油路。把所用的钢带放在顶架上，使顶架上的磁铁将其吸住。掘进机司机推动支护装置的支撑缸和折叠缸液压控制手柄，主架和顶架由折合状态慢慢平稳打开，达到所需要的角度和位置时松开两操作手柄，再推动主架的升降缸操作手柄使主架升起达巷道顶板高度，钢带被压紧至顶板并达到一定的支撑力。然后就可以在掘进机机载临时支护的保护下进行安全支护锚杆。

装完锚杆后，先把主架下降到最底位置，再折合顶架，直到顶架压到掘进机上为止。支护作业完成后，推动二位三通阀切换到掘进机掘进所需的油路，继续进行掘进作业。

2.4.2 前伸侧翻机载前探使用注意事项

在升降机载前探时机载前探下方禁止站人，当机载前探达到巷道顶板高度并且达到一定的支撑力时，在停止升降机载前探后，方可进行支护。在使用支护装置时，绝对不能操作掘进机，否则会造成严重的人员伤亡事故[3]。如需操作，应提前收回支护装置。