综采工作面切眼大断面掘进工艺研究

李广友

（阳煤集团寿阳开元矿业有限责任公司，山西 寿阳045400）

随着煤矿井下采煤技术的飞速进步，各类自动化程度高的机械设备不断投入使用，为了满足井下设备的转运和布置需求，因此要求综采工作面的切眼断面尺寸增加，为了确保巷道在综采作业过程中的稳定性，需要采用加密支护的方案。传统的切眼施工技术在工作时首先要进行切眼小断面掘进施工，然后控制掘进机后退到掘进面的入口处，对小断面进行扩口作业，该技术方案虽然掘进质量相对较高，但需要反复调整作业面掘进设备布置，掘进和支护需要串行作业，掘进面需进行两次浮煤清理，巷道掘进效率极低，而且在进行扩帮的过程中由于小断面未进行支护，巷道稳定性较差，在矿压波动和掘进扰动作用下易发生垮塌事故，严重影响煤矿井下巷道掘进效率和安全性。

结合综采工作面的实际地质情况和掘进需求，提出了一种新的切眼大断面掘进方案，利用大断面一体式支护方案实现了掘进作业面的一次支护，通过掘进工艺流程优化，实现了巷道掘进作业效率的提升，根据实际应用表明该新的掘进方案能够将大断面的掘进效率提升34.6%，巷道顶板离层值比优化前降低了96.3%，对提高井下巷道掘进速度和安全性具有极大的意义。

1 一次成巷技术优化

某掘进工作面，煤碳的厚度约为4.7 m，倾角约为4.6°，工作面长度约为220 m，断面处的截面约为14.95 m2，切眼断面的高度约为2.6 m，宽度约为7.6 m。传统的一次成巷技术在开口施工时需要进行人工炮掘开口，效率低，危险性大，因此提出利用掘进机进行拐弯抹角开口的掘进方案，在开口抹角的地方利用直径为17.8 mm，长为6 200 mm的锚索配合防护网支护，在开口处施工深度大于6 m后利用掘进机进行掘进出煤。在掘进时先挖掘一个横向宽度为4.4 m的断面，施工完成后利用前探梁进行支护，固定完成后再对外断面实施扩口，利用先掘后扩的连续掘进方案，既保证了巷道掘进作业时的掘进质量又解决了一次掘进后支护不及时导致的巷道垮塌。

在施工过程中如果遇见突然出现的断层情况，则只会方式需要根据顶板的完整度进行确认，若顶板完整度高，那么可以采取正常的支护形式，若顶板出现破碎、围岩稳定性差，那么久需要调整施工方式，采用小断面施工作业，将锚杆的间距和排距缩小为目前的1/2，同时对锚杆和锚索支护处进行打锚索加强支护，提高支护体的稳定性。

2 大断面一体式支护

为了提升切眼断面成巷过程中的稳定性和支护效率，本文提出了一种新的大断面一体式支护技术。在掘进时首先对切眼位置约30 m范围内的主体巷道采用锚索网联合支护，锚杆采用直径为20 mm，长为2 m的高强度锚杆，锚索采用直径为17.8 mm，长为6.2 m的钢绞线，护网使用直径为30 mm的双层金属锚网。各个支护锚杆的横向距离设置为0.95 m，各个锚杆的纵向距离设置为1 m，锚索布置时横向距离为1.9 m，纵向距离和锚杆间距一致，均设置为1 m，该布置结构的优势在于根据切眼断面结构，针对性的进行加强支撑，工作量少，效率高，稳定性好。

在扩帮的过程中需要对部分区域的巷道进行临时支护，传统支护方案同样采用了锚杆+锚索的支护形式，虽然稳定性高，但在支护时需要大量人员进行支护材料的转运和组装作业，区域内支护完成后还需要大量的人员进行拆卸和物料转运，因此支护和拆卸速度极低，极大的限制了巷道掘进效率的增加。在采用新的巷道掘进工艺和一体式支护方案后，巷道顶板的稳固性得到了大幅的提升，因此在扩帮过程中无需专门的加强支护。本文提出了一种切眼的临时支护方案，以工字钢、梁板和钢丝吊环为基础。每个前探梁和3个吊环配合使用。在需要支护的位置，首先设置前探梁，然后将前探梁、板梁和巷道顶板接触并呈三角形支护牢固，用吊环进行固定。

在支护的时采用“边掘边支”的方式，尽量缩短支护距离，保证掘进和支护的串行施工，提高支护效率和可靠性，临时支护体的最大控顶距离不得大于1 m，根据实际验证表明在该距离范围内能够实现变支护边掘进，既能够保证支护的可靠性，又不影响掘进效率。

3 巷道稳定性监控

为了对该新的大断面切眼掘进工艺的可靠性进行验证，在巷道内设置在线监测系统，对采用新掘进工艺方案45 d内的掘进作业情况进行监控。主要关注巷道顶板的离层情况，在监测时，根据井下地质情况，选择2处监测点，每个监测点设置3组传感器，分别布置在顶板稳定性较差的区域，以便更有效的对掘进作业过程中的顶板离层情况实施监控，结果如图1所示。

图1 顶板离层情况监测汇总

由实际监测结果可知，在监测点1处，前40 d的顶板离层值基本无变化，从第40 d起，离层量迅速加大，最大为1.3 mm。在监测点2处，前35 d顶板离层值无变化，从第35 d开始顶板力层值开始增加，最大为1.5 mm。远小于优化前40 mm的顶板离层值，顶板离层值降低了96.3%，因此可知，采用新的掘进工艺后，顶板离层情况得到了有效的控制，极大提升了掘进过程中巷道的稳定性。

在该巷道掘进过程中，优化前巷道的日掘进长度约为4.7 m/d，优化后其掘进速度达到了6.33 m/d，掘进效率提升了约34.6%，结合对掘进过程中顶板离层情况的监控，可知新的井下切眼大断面掘进工艺，能够显著提升井下巷道掘进效率和安全性。

4 结论

针对井下综采面切眼大断面支护结构复杂、掘进效率低下的难题，提出了一种新的综采工作面切眼大断面掘进工艺，实现了对切眼大断面掘进施工效率和安全性的提升，根据实际应用表明：

1）先掘后扩的连续掘进工艺，既保证了巷道掘进作业时的掘进质量又解决了一次掘进后支护不及时导致的巷道垮塌。

2）在支护的过程中采用“边掘边支”的方式进行，尽量缩短支护距离，保证掘进和支护的串行作业，提高支护效率和可靠性。

3）优化后巷道顶板离层值比优化前降低了96.3%，巷道掘进速度比优化前提升了34.6%，新的巷道掘进工艺能够显著提升井下巷道掘进效率和安全性。