智能化综采放顶煤掘进巷道复合支护技术研究

摘 要：近年来厚煤层综采放顶煤技术得到长足发展，并已取得显著的技术经济效益。但在此项技术推广应用过程中，两巷支护改革是摆在眼前的最大问题。为解决两巷支护难题，我矿通过支护改革实践，形成了一套适用于智能化综放工作面开采的支護形式。工作面机巷采用三心拱U型棚配合锚索梁、锁腿梁支护，风巷采用半圆拱U型棚配合沿空侧喷浆、注浆支护，最大限度保证支护效果并降低支护成本。

关键词：松软厚煤层；支护工艺改革；智能化综采放顶煤；复合支护

0 前言

近年来，随着煤矿采煤工艺由机械化逐渐向自动化、智能化开采发展，先进设备、先进工艺丛出不穷。但传统上两巷采用半圆拱U型钢棚被动支护，存在两巷超前管理工作量大、占用人员多、支护强度低、两巷维护工作量大、受工作面动压影响巷道变形量大，造成两巷超前支架、端头支架发挥不了应有作用等一系列问题，这些都是与安全高产高效回采相悖的。朱仙庄煤矿以8105工作面被选为集团公司第一个智能化综放工作面试点面为契机，并在集团公司的大力支持下，我矿针对两巷用途及设备使用要求，通过支护改革实践，形成了综采放顶煤掘进巷道复合支护技术。

1 概况

1.1 矿井概况

朱仙庄煤矿位于安徽省宿州市东13公里处，隶属淮北矿业股份有限公司，走向长9公里，倾斜宽1.5～5.8公里，井田面积21.55平方公里。

1.2 工程概况

8105工作面位于矿井北部十采区四区段。8105工作面开采煤层为二叠系下石盒子组8煤层，8层煤为稳定的特厚煤层。宏观煤岩类型以半亮半暗型为主，以块状、鳞片状为主，煤层松软，普氏硬度平均f：0.45，煤层倾向80°～138°、倾角5°～15°。

2 支护及施工工艺改革

2.1 原巷道支护形式及施工工艺

矿井8煤普氏硬度平均f：0.45，较松软、易偏易掉，无法采用锚网索主动支护，传统上8煤巷道支护采用29U半圆拱U型钢棚被动支护，机巷、风巷断面规格为腰宽×净高=4671×3500mm（如图1）。

该种支护方式为半圆拱U型钢棚被动支护，巷道跟底掘进施工期间，综掘机截割易出现片帮掉顶现象，采用人工挖掘严重制约综掘单进。同时该支护在工作面回采动压影响下，巷道变形量大、支护破坏严重，需要占用大量人力、物力、时间在两巷进行维护，存在安全风险大、影响推进速度、防火压力大、支护成本高、制约安全高产高效回采等一系列问题。

2.2 支护及施工工艺改革

为满足8105工作面智能化综放工作面回采需要，同时提高采掘效率，经过前期实践及支护效果，决定8105机巷采用4800×3500mm“三心拱U型棚+顶部锚索梁+帮部锁腿梁”复合支护（如图2），风巷采用4645×3500mm“半圆拱U型钢棚+沿空侧喷浆、注浆”复合支护，两巷支架均采用36U型钢加工。

2.2.1 支护方案

⑴永久支护参数：8105机巷采用36U“三心拱”U型棚支护，断面规格为4800×3500mm；8105风巷采用36U半圆拱U型棚支护，断面规格为4645×3500mm。

⑵顶部锚索补强支护参数：8105机巷顶部施工2道锚索梁补强加固，锚索采用YMS17.8/6.3-1860型，锚索间距1000mm，锚索预紧力不小于120KN。

⑶帮部补强支护参数：8105机巷两帮各施工2道锁腿；8105风巷两帮各施工3道锁腿，锁腿梁采用29U型钢加工；8105风巷沿空侧在喷浆前施工注浆锚杆，沿空侧喷浆厚度≮100mm，砼强度C20。

2.2.2 施工工艺

由于8煤松软、顶板极易片漏，传统上综掘机无法用于截割上部，只能靠人工挖掘，工人劳动强度大、效率低，只有解决煤顶片漏，才能综掘设备高效充分发挥出来。在施工实践中发现，使用超前注浆加固，封孔难度大、浆液扩散半径小、注浆时间长、材料浪费严重，并且无法达到固结煤体作用。但在掘进迎头超前施工密集骨架管可有效超前控制顶板煤层，杜绝了掉顶、片帮，也让综掘机可以正常进行全断面截割作业，降低了工人劳动强度，提高了掘进效率。

超前密集骨架管迎头棚梁下施工，间隔300mm布置，骨架管采用6′钢管加工，长度2600mm，施工一次骨架管，可有效控制2个正规循环（单循环进尺1000mm）距离顶部煤体。

8105风巷沿空侧小煤柱注浆，平均每孔注浆1.0袋水泥，注浆压力达到1Mpa。留设的4m煤柱在8104工作面的采动影响下，裂隙较为发育，注浆质量较好，基本可以达到充填裂隙，对煤体起到固化作用。在8105风巷施工临时避难硐室前，对临时避难硐室进行提前注浆，通过施工开挖发现，浆液扩散半径基本在600-700mm左右，尤其在喷浆层与煤体交接部位胶结更为明显，可以有效充填裂隙，达到固化煤体作用，另一方面对沿空防火起到很大作用。

3 效果分析

3.1 支护效果分析

3.1.1 支护方案对比

⑴8103工作面与8105工作面位于同一采区，地质特点一致，采用4600×3500mm半圆拱U型棚被动支护，U型钢规格为29U，巷道压力显现明显，U型棚变形严重，严重影响回采使用，需要每天安排专人对两巷进行维护。通过对巷道变形量监测发现巷高度平均收缩量为565mm，巷道高度收缩率16.1%，为巷道宽度平均收缩量为539mm，巷道高度收缩率11.7%，且巷道随时间推移持续缩小，后期严重影响工作面回采。

⑵8105工作面采用“36U型钢架锚”复合主动支护，设计断面为4800×3500mm，巷道开挖后U型棚变形量较小，基本杜绝U型棚变形的情况发生。通过对巷道变形量监测发现：巷高度平均收缩量为175mm，巷道高度收缩率5%，为巷道宽度平均收缩量为115mm，巷道高度收缩率2.4%，且巷道基本在开挖30天左右趋于稳定。

⑶效果对比

复合主动支护相较于架棚被动支护有明显优势，巷道抗压强度显著增强，巷道变形量显著减小，且巷道趋于稳定的时间较短，更有利于后期工作回采。

4 结论

⑴朱仙庄煤矿综放工作面煤顶下支护改革取得重大突破。采用“架锚”复合支护解决了多年来煤顶下巷道支护强度低，巷道变形量大的难题，实现了变煤顶下巷道被动支护为主动支护，支护强度显著增强，显著提高了巷道支护的安全性。

⑵超前骨架实现了超前固化前方煤体，提高了综掘机的利用率，大大降低了职工劳动强度，提高了掘进机械化单进。

⑶复合支护技术，支护强度得到了保证，我们可以根据两巷用途不同，将机巷变成“三心拱”断面支护，更加适应超前支架高效使用，为下一步工作面采用智能化回采工艺提供了空间保障，进而保证工作面安全高产高效，减轻了防火压力。

⑷巷道变形量较小，工作面回采期间两巷维护工作量较小。既减少了两巷维护的用工量，又减少了两巷维护二次支护材料的投入，实现了机械化、职能化减人，降低了成本。

参考文献：

[1]煤矿巷道支护中湿喷技术的应用[J]. 孙伟. 内蒙古煤炭经济. 2016（23）

[2]浅谈煤矿巷道支护类型的选择[J]. 武晓维. 山东工业技术. 2017（08）

作者简介：

梁振敏（1990.07--），男，汉族，安徽淮北人，本科，助理工程师，主要从事煤矿技术管理工作。