试分析近距离开采工艺采空区下大断面连采机掘进巷道支护技术

摘 要：本文首先分析了河东煤田近距离煤层群采空区巷道掘进作业过程中的主要灾害，而后探讨了大断面连采机进行巷道掘进作业的难点及优化措施，进而以某煤矿生产过程为例进行了大断面连采机掘进支护技术应用于近距离煤层群采空区煤炭生产的研究，进而就其优化管控策略进行了探析。

关键词：近距离煤层群采空区;大断面连采机掘进;巷道支护技术

我国各领域发展对于资源的需求越来越高，针对巷道掘进作业的危险因素进行全面分析，并采取科学的支护措施是保障煤炭生产作业安全的重要措施。近距离煤层群就是煤层之间距离较近的一种煤层结构，相应采空区的围岩结构非常薄弱，应力不稳定，在这种环境下进行选择先进可靠的掘进支护工艺和支护方式必须综合考虑可能发生的灾害情况，并采取措施进行避免，以保证煤炭生产掘进的安全推进。

1 近距离煤层群采空区开采巷道掘进中的常见灾害

1.1 煤自燃灾害

由于近距离煤层群开采的过程中距离较近的煤层开采会互相形成影响，而其采空区可能会存在漏风通道的情况，这就会加大煤层中原煤资源发生自燃率。会迅速增大煤炭生产区域的高温范围，会导致爆炸危险的发生，是一种必须避免的掘进生产灾害。本工程矿井绝对涌出量为4.64m3/min，相对涌出量0.5m3/t。低瓦斯矿井，煤尘具有爆炸性，煤层为II类自燃煤层，有自燃发火趋势，发火期为81天。

1.2 支护不力导致的塌方

由于近距离煤层群的煤层开采过程中受叠加压力影响较大，顶板管控为煤层群开采的首要灾害因素，如果在巷道掘进生产中不能实现科学有效支护就会导致顶板灾害出现，因此我们在进行支护技术选择以及设计的时候必须综合考虑近距离煤层群的实际情况，并对采空区的应力结构进行有效计算，保证近距离煤层群采空区的相应煤炭生产支护操作的科学性，为煤炭生产事业不断发展提供安全保障。在本次工程中可以考虑采用坡底掘进的方式增加层间距，以防漏顶问题的发生。

2 大断面煤巷连采机进行掘进操作过程中的技术管控难点分析

大断面连采机掘进技术在实际煤炭生产中能够有效结合煤炭生产、巷道掘进操作过程，生产效率较高，并且施工作业更趋向于自动化，对于人工操作具有更强的保护作用，生产效率高，掘进与支护配套设备设备选型至关重要。

2.1 支护安装操作难度较大

由于大断面煤炭生产巷道对于顶板以及两侧的支护加固要求较高，在进行支护设计时应尽量加大支护操作的承载能力，采用单体锚杆机支护效率较低，安全风险较大。因此采用ARO-40-RELMB-BWT型四壁锚杆机支护效率较高安全风险较低。

2.2 巷道掘进所用较为先进的12CM15-10B型连采机

12CM15-10B型连采机是一种采用进口先进的连采掘进设备，在操作过程中考虑到安全可靠穩定性选择手动方式操作，其操作过程具有一定的灵活性，在本次工程中顶帮完好正常掘进时循环进度为6m。但在顶板破碎、裂隙发育的情况下采取短掘短支的方式掘进，循环进度为1m。二次成巷过程中采用扩巷方式，循环进度为6m，但是这一型号的连采机对于操作人员的技能水平要求较高，掘进中需要根据实际情况调整掘进及循环参数。

2.3 梭车的运行优缺点

优点为梭车对底板破坏较大，特别在单巷掘进过程中速度较快。

而缺点则不能实现连续运输。

3 大断面连采机掘进技术应用优化策略

为了保证连采机掘进技术操作能够更加高效、更加安全要采用如下措施进行技术优化操作。

3.1 积极提升支护操作效率

由于支护与掘进为配套施工过程，保证支护的推进效率才能够确保其为连采机掘进操作提供安全的支护保障，采用ARO-40-RELMB-BWT型锚杆机提高支护效率，同时四臂锚杆机定位、打眼成孔、支护锚杆、锚索效率较高，生产前对钻孔技术设备进行全面养护与调试，并备足消耗性零件，保证支护钻孔效率。

3.2 根据掘进巷道的情况进行支护参数的优化设计

由于支护作业的操作过程都是在参数设计指导下完成的，保证支护设计参数的科学性能够切实保障支护操作的科学性，支护参数设计中要对锚孔装药量以及排距等进行科学设计，防止锚杆支护应力不均衡问题的发生，提升巷道支护工作的效果，为掘进巷道作业提供安全环境。

3.3 提升连采机设备选用的适应性

掘进巷道生产时可能遭遇各种地质情况，大断面问题环境下采用连采机时应尽量选择重量较轻的机械设备，以降低卧底事故，在前期应做好相应区域地质勘察工作，以保障掘进技术及相应设备选择的科学性以及适用性。

4 近距离煤层群采空区下大断面连采机掘进巷道支护技术

4.1 煤矿巷道掘进工程概况

1815切眼刷帮段刷帮设计总工程量为289.7m，切眼设计宽度7.2m，首次掘进5.6m，二次刷扩宽度为1.6m，机窝处巷宽3.1m，调车硐室巷宽5.0m，巷高均为3.5m。根据18207辅运顺槽探孔数据显示，正常段沿底掘进，过上分层巷道时破底掘进，破底厚度最大为1.0m，保证空巷层间距不低于1.6m，所有巷道均为矩形断面。

4.2 地面相对位置及临近盘区开采情况

地表位于猫儿沟排土场，工作面对应的地表大都被黄土覆盖。1815切眼刷帮段刷帮段位于内错于原废弃18207切眼煤柱之下（外错12m）。根据上分层地质孔资料显示，切眼刷帮段刷帮段设计位置煤层层间距为0.5m-1.1m。

4.3 煤层及围岩情况

①煤岩特征：煤层稳定，内生裂隙较为发育。一般为半亮型煤，局部出现暗淡型煤;②煤层结构：煤层厚度4.0m，结构简单，稳定夹矸1层，处于煤层中下部，岩性灰色泥岩，厚度0.10-0.20m;③煤层厚度：采掘范围内煤层较为稳定，煤层厚度4.0m;④直接顶：一般为黑色泥岩，厚度1.0m;⑤直接底：为泥岩，灰白色、性脆、致密、具贝壳状断口、含星散状黄铁矿，产植物化石，厚度2.8m;⑥层间距：根据上分层地质孔资料显示，1815切眼刷帮段设计位置煤层层间距为0.5m-1.1m，掘进过程中需破底掘进，保证层间距不小于4m。

4.4 针对近距离煤层全采空区进行巷道支护设计的主要原则及设计操作

4.4.1 掘进巷道生产中支护操作设计原则

由于连采机掘进操作中会对相应岩层进行周期性冲击，因此支护设计操作设计应遵循这样的原则：首先应保障顶板结构的稳定，采空区掘进操作时会对相应区域产生卸荷扰动，这样就会导致掘进巷道顶板的应力结构发生变化，支护操作中必须保证顶板应力稳定，并对顶板做好维护。其次还应强化掘进推进中的监控力度，由于掘进推进中的扰动会导致巷道掘进生产中顶板的应力集中，进而造成顶板垮落，很多应力情况在前期设计时可能没有认识全面，在掘进生产中要对剪切应力情况进行全面监测。

4.4.2 针对近距离煤层群采空区进行巷道掘进生产相应支护措施的参数设计

顶部支护：顶部锚杆规格为ф18*2200mm的螺纹钢锚杆，托盘规格150*150*10mm，间排距为900mm*1000mm，

树脂规格为CK23600，1卷/眼，网片规格为1.2m*5.0m的

10#铁丝网，搭接宽度为200mm;并用14#铁丝捆绑连接，捆绑间距为400mm。锚索规格为ф17.8*8000mm，托盘规格300*300*16mm，间排距为1500mm*2000mm，树脂规格为CK23600，2卷/眼。过上分层巷道时，在上分层巷道两侧必须施工锁口锚索，且锁口锚索的长度不得小于5m，并采取架设单体棚补强支护，2柱/梁，梁长2500mm，棚距为500mm;不施工锚索;顶锚杆规格为ф18*1200mm/1500mm的螺纹钢锚杆，托盘规格150*150*

10mm，间排距为900mm*500mm，树脂规格为CK23600，1卷/眼，并配套1200*5000mm铁丝网及1200*2600

钢筋网联合支护。

帮部支护：正帮采用玻璃钢锚杆进行支护，掘进时若遇到帮部片帮可采用玻璃钢锚杆配套塑料网联合支护，锚杆规格均为ф22*2000mm的玻璃钢锚杆，间排距为1100*1500m，树脂规格均为CK23400，1卷/眼，塑料网规格为2600*5000mm。施工帮网时，帮网与帮网、帮网与顶网之间搭接长度为200mm，并用14#铁丝捆绑连接，捆绑间距为400mm。

4.4.3 锚固设计方案

在上述支护设计技术的操作过程中为了保证巷道掘进生产的安全性，还需进行顶板及围岩的锚固技术处理。首先就是要在一些应力集中的特殊位置上进行单体支柱的支撑加固，通常来讲选择单体支柱加固操作时应尽量将其设置在巷道中线位置上，这样能够缓解巷道中部应力不平衡的情况。其次对顶板处锚索的相应长度进行科学控制，在进行锚索长度选择及设置时，要对掘进支護情况进行全面分析，科学控制锚索长度能够提升锚索支护能力。最后要强化煤柱附近区域的煤壁支护效力，通常靠近煤壁区域的应力作用会比其他部分的更大，并且掘进生产后其应力集中情况会更加明显，因此应采用强效锚固技术进行煤壁区域的支护操作。

4.5 支护技术操作的效果研究

根据对该煤炭工程施工中支护情况的分析，制定了顶板及两帮结构位移统计计划以对支护效果进行总结，统计结果如下图，我们可以从位移曲线对比情况发现支护后位移变化更小，能够有效改善大断面巷道掘进生产的安全性，为煤矿企业生产安全、高质进行提供保障。

5 结束语

总之，在我国煤炭生产中，面对近距离煤层群采空情况进行掘进及支护设计就必须首先对开采与掘进环境进行全面分析，而后根据应力平衡需求进行支护技术操作，并且，在作业过程中强化对支护区域的监测，选择较为先进的顶板在线监测设备，同时，根据地质赋存条件，选择配套的连采工艺及配套设备，提高掘进单进进尺及效率，优化支护设计，提高操作安全性，为煤矿生产的安全推进提供技术保障。

参考文献：

[1]郭建伟.近距离煤层下位煤层回采巷道支护技术[J].煤矿安全，2019，50（10）：139-144.

[2]亢克勤.近距离煤层采空区下巷道围岩松动圈分析及支护技术研究[J].煤矿现代化，2019（6）：104-106+109.

作者简介：

张浩春（1988- ），男，汉族，籍贯：甘肃崇信，采矿工程师，本科学历，主要研究煤矿生产技术、基建工程技术、地测防治水和环境保护技术管理工作。