急倾斜坚硬顶板工作面快速掘进支护技术

2019-02-17武瑞鑫

山西冶金 2019年3期

武瑞鑫

（山西焦煤集团公司官地矿，山西太原 030022）

山西某煤矿12503急倾斜切眼掘进采用光面爆破二次成巷的施工方式，先导硐后扩刷。切眼导硐沿煤层顶板掘进，扩刷采用锚网索支护后，切眼中部打一排带帽支柱进行加强支护。一方面采用光面爆破可以尽量减少对围岩的破坏，另一方面上下巷都釆用胶带运输，可以利用搪瓷溜槽搭接胶带实现煤矸的运输，且巷道倾角大，爆破后煤矸可自溜至下巷胶带，减少工人劳动强度[1]。

1 12503南切眼施工技术难题及解决方案

12503南切眼实测倾角平均45°，局部倾角53°，长238 m，巷道设计净宽8 m。一方面，顶板为灰岩，巷道施工、运料及人员上下非常困难，特别是由于切眼倾角大，爆破后煤矸自然滑落，无稳定工作平台、巷道易飞矸伤人；另一方面，厚层破碎顶板维护难度大。针对这些问题，制定了一系列解决方案。

1）解决人员行走困难：采用人矸分离的方法施工。人行道侧使用铁梯子作为行人时的台阶，方案铁梯子距离迎头不超过15 m，15 m以上使用钢丝绳编织的软梯；每隔2 m施工一个木支柱，使用棕绳作为防护绳，人行道一侧为钢梯扶手，另一侧为护绳。

2）解决掘进迎头施工困难：爆破作业时搭建工作平台。使用2根圆木、圆环链及木板搭建工作平台。首先，将链子一头拴至迎头顶板锚杆并加备帽，将圆木一头固定在链子上，一头埋入迎头预先掏出的柱窝内，保证圆木成水平状态，然后将木板横放在圆木上，并用铁丝固定牢固。

3）防爆破后矸石大面积下滑措施：切后，在切眼下头设置缓冲煤仓，防止爆破后的煤矸大面积滑下，淤积于胶带机尾。利用圆木支柱、工字钢搭设，确保牢固可靠；下口留长0.5 m、宽0.5 m的溜煤口，爆破前安设挡板，爆破后抽出放煤直接缓冲仓从切眼下头距切眼开门3~5 m位置开始往切眼内打设，采用胶带机尾直接沿至切眼下头，缓冲仓出矸口跟溜槽直接上胶带的方式出矸。运输巷掘到位后，退综掘机到切眼开门点往外，采用炮掘法开始切眼开门掘进，掘进煤矸采用综掘机出矸上胶带，开门掘进15 m左右时，从切眼开门点往上3~5 m位置开始边掘进边施工缓冲仓[2]。

4）防飞矸弹射损伤顶板支护结构措施：由于切眼倾角大，远远大于煤矸自然安息角，在重力作用下，煤矸爆破，（人工出矸）后加速下滑，与阻挡物碰撞后弹射撞击顶板，损伤顶板锚固支护结构，使破碎顶板层理、节理结构面进一步发育，锚杆丧失锚固力，锚固结构失效；为防止飞矸损伤顶板支护结构，拟采用顶板吊挂废旧胶带的方式柔性抗冲击，吸收飞矸动能，阻止其弹射撞击顶板损伤支护结构。

5）顶板岩石的稳定控制措施：在巷道跨度加大到8 m情况下，顶板的稳定控制无疑是一个棘手的问题。针对此特殊顶板情况提出厚层不稳定顶板巷道内外承载结构模型。另外，对松散破碎范围大的煤体巷道使用锚杆锚索支护，通过锚杆支护作用对松散破碎区内的围岩进行组合梁加固和锚索的补强支护，将其铺固到深部围岩顶板，进一步强化了内承载结构的承载能力。

2 急倾斜大断面切眼支护参数确定

2.1 临时支护

轻便玻璃钢单体作为临时支护：巷道临时支护采用3颗轻便玻璃钢单体做临时支护，玻璃钢单体重量在25 kg左右，采用防尘水注液，移动便捷，操作简单，支撑压力可靠。

2.2 顶板永久支护

2.2.1 施工导硐时永久支护

1）顶板采用锚带网支护，锚杆间排距为1000mm×1000 mm，钢带使用规格为280 mm×5 mm的“W”钢带，网使用一层钢筋网加一层双向拉伸塑料网，锚杆为Φ22 mm×2500 mm等强螺纹钢式树脂锚杆，每根锚杆配3节MS22835树脂药卷，锚固长度不低于1050 mm。

2）顶板打锚索梁加强支护，沿导硐中心线两侧各1000 mm处，每隔3.0 m布置一架锚索梁，锚索梁为双页眼距为2.0 m的“W”钢带（280 mm×5 mm）叠加，锚索规格为Φ17.8 mm×6200 mm鸟巢式锚索，每根锚索配5节树脂药卷，锚固长度不低于1500mm，打设锚索时，锚索外露长为150~200 mm，锚索外加300 mm×300 mm×12 mm锚索托盘贴紧钢带支护，安装完后进行拉紧，紧固起锚具压紧托盘。锚索设计锚固力不小于200 kN，锚索张拉预紧力控制在80~100 N，结索梁紧跟迎头施工[3]。

3）老空侧巷帮采用锚带网支护，锚杆间排距为1000 m×1000 m，钢带使用 280 mm×3 mm 的“W”钢带搭接支护，网使用一层双向可拉伸塑料网，锚杆为Φ22 m×2500 mm等强螺纹钢脂锚杆，每根锚杆配2节MSZ2835树脂药卷，锚固长度不低于700 mm。

4）刷帮侧巷帮采用锚杆配“W”托盘支护，锚杆间排距为1200 mm×1200 mm，锚杆采用Φ20 mm×1800 mm全螺纹玻璃钢锚杆，每根锚杆配2节MS2835树脂药卷，锚固长度不低于700 m。

2.2.2 刷帮后永久支护

1）刷帮后，顶板采用5根Φ20 mm×2500 mm等强螺纹钢式树脂锚杆配“W”（280 mm×3 mm）钢带网支护顶板（与导硐顶板钢带搭接一个眼），间排距为1000 mm×1000 mm，顶板使用一层钢筋网加一层双向可拉伸塑料网支护。

2）顶板打锚索梁加强支护，切眼刷帮时沿刷帮断面巷道中心线每隔3.0 m布置一架锚索梁，锚索梁为双页“W”钢带（280 mm×5 mm）叠加，锚索规格为Φ17.8 mm×6200 mm鸟巢式锚索，每根结索配5节树脂药卷，锚固长度不低于1500 mm。

3）切眼刷帮后，在巷道中心线位置沿巷道走向支设木点柱支护顶板，柱距1.2 m。

4）推采巷帮采用4根Φ20 mm×1800 mm的全螺纹玻璃钢锚杆配300 mm×300 mm×40 mm木托盘加双向可拉伸塑料网支护，锚杆间排距为1000 mm×1000 mm。当巷道遇构造、煤体破碎松软或巷道有淋水时，及时缩小巷帮锚杆布置间距，提高巷帮支护强度。

2.3 支护效果分析

通过顶板离层仪观测表明，围岩深部位移受初掘和刷大的影响，刷大时导致深部位移明显增大。由于锚网支护结构的整体性较好，加上中间支柱的支撑作用，虽然切眼跨度较大，但是应用内外承载结构控制原理，采用“三高”支护技术后，巷道顶板无明显离层，巷道围岩得到有效控制。

3 施工工艺流程

1）炮掘工艺流程：交接班检查、准备→校对中线→洒水防尘→打眼装药爆破→洒施工工艺流程水防尘→爆破站岗→炮后撤岗→敲帮问顶→临时支护→校对中线→永久支护→清理出煤→下一循环。

2）临时支护工艺流程：安装工作平台→敲帮问顶清除伞檐→前移前探梁→固定防滑链→铺设并连接钢筋网、塑钢网、“W”钢带。

3）永久支护工艺流程：打顶部锚杆→打帮部锚杆。

4）快速移动操作平台：由于切眼倾角大，为确保安全和施工方便，需人工支设操作平台随着工作面不断向前推进，平台也需不断向前移动，平台前移的效率，对掘进速度有很大的影响，移动操作平台的传统方法是采用40 t链条、圆木、木板支设一个操作平台，进行临时支护等操作，但是爆破后拆卸平台时，人员无可靠的操作空间，向上拖圆木时人容易滑倒，施工十分不便。为此，采用支设两个操作平台进行作业，随着工作面的推进，平台交替前移，实现了操作平台的快速移动。