切眼扩刷无锚支护一体化施工工艺应用

郭磊磊

（山西兰花科技创业股份有限公司伯方煤矿分公司，山西 高平 048400）

煤矿综采工作面扩帮安装工艺工序复杂、安装周期长，在切眼贯通和扩刷期间，设备需要不断地拆装转运，从而增加施工安全风险和劳动强度[1-3]。基于此，通过技术创新和工艺改进，提出无锚支护一体化施工工艺。该施工工艺在切眼扩刷期间利用单体柱加强顶板支护，不再打设锚网索加固顶板，可有效降低支护材料的成本投入，实现巷道快速扩刷，同时后巷安装液压支架，达到扩帮与支架安装的平行作业，提高工作效率，缩短了支架安装周期，为工作面快速形成采煤条件奠定坚实基础。

1 工作面概况

伯方煤矿3303 综放工作面位于三盘区北翼，采用“U 型”通风方式，采面标高+560～+690 m，主采3#煤层，煤厚平均5.53 m。煤层赋存倾角8°～10°，硬度系数f 为1.5～1.8，含有1～2 层夹矸，层理发育。工作面运输顺槽设计长度1 883 m，回风顺槽设计长度1 813 m，布置为矩形断面，巷道断面积18.9 m2，采用锚索梁配合金属网方式支护顶板。煤层顶板以砂岩为主，底板多为砂质泥岩，顶底板岩性如表1 所示。3303 工作面切眼设计长度176 m，原断面规格为宽5.5 m×高3.7 m，切巷采用小断面掘进，然后进行刷帮至宽度为9.5 m 巷道，便于后期安装支架使用。

表1 煤层顶底板岩性

2 切巷设计施工方案

2.1 施工整体思路

3303 工作面切眼巷道采用综掘机掘进施工，按照原设计断面正常掘进，由回风顺槽向运输顺槽方向掘进贯通。为方便后巷出煤，安装一部SSJ-800 型皮带输送机，在施工至贯通点位置后，将皮带输送机进行回撤，更换安装一部40T 溜子，沿回采一侧煤壁延伸铺设。在运输顺槽丁字口处调整综掘机方向，开始对煤壁扩刷巷帮至9.5 m宽断面。

2.2 巷道支护方案

（1）3303 工作面切眼在掘进期间对顶板主要采取W 型钢带与无纵筋螺纹钢锚杆、金属网片等材料进行复合支护。W 型钢带长度×宽度为5 m×0.28 m，锚杆规格为φ22 mm×2.5 m，打设间排距为0.8 m×1.0 m，每排钢带可打设7 根锚杆。切眼扩巷后选用钢带长度为4.2 m，锚杆打设间排距仍为0.8 m×1.0 m，但扩巷宽度只有4 m。因此，每排只能打设锚杆6 根。为加强对顶板的支护强度，将原巷道与扩刷段巷道施工的钢带与锚杆交错布置，相邻排距调整为0.5 m，减少空顶的悬顶面积。锚索布置按照间排距1.6 m×3 m 设计，规格为φ21.8 mm×8 m，呈“三花眼”交替施工。

（2）扩刷巷道帮部支护主要采用锚杆、金属网联合支护形式，帮锚打设间排距为1 m×1.2 m，上排锚杆距顶板0.5 m，帮锚规格为φ20 mm×2.0 m。

（3）由于扩巷后巷道断面增大，为加强对煤壁一侧的支护强度，采用增打单体液压支柱的方式，避免煤壁外鼓造成片帮。在采空区侧和扩帮线下同样打设一排单体液压支柱，单体柱间距为2 m，上方使用小方木支撑顶板，若底板岩石较软时，可增加道木为垫板，提高单体柱载荷。此外，在原巷道中心基线段使用木垛进行“井”字型绞架，木垛靠近扩帮线内侧，距离老空2.5 m，间距10 m 打设一组木垛。扩刷断面支护效果如图1 所示。

图1 扩刷巷道支护效果

2.3 旧工艺扩刷安装缺点

（1）按照旧工艺组织扩刷巷道，需要正常掘进后进行小断面扩帮，同时设备需要拆装两次，扩帮周期长、工序多，支护条件复杂。

（2） 在原巷道与扩刷巷道的支护基础上，大断面巷道所需投入的材料成本和人工成本较高，顶帮部锚杆预计打设2 816 根，钢带需要528 条，锚索打设440 根，材料费用约为41.2 万元。设备多次拆装转场、调向运输等工序都需要投入大量的人力，不仅增加安全风险，也增加职工的劳动强度。

（3）经过切眼扩刷后，断面积增加到了35 m2，掘进期间对顶帮煤岩体已经造成了一定程度的扰动影响，锚杆、锚索若支护不及时很可能造成顶板下沉、围岩变形、煤壁片帮等现象，需要投入二次时间和物资成本进行维护修巷，延缓了切眼安装液压支架的时间周期，不能尽早形成可采工作面，影响了采面接替。

3 无锚支护一体化施工工艺

针对原扩刷安装工艺存在问题弊端，经过分析，提出无锚支护一体化施工工艺，新工艺可缩减时间成本和材料投入消耗。

3.1 准备工序

（1）3303 工作面切眼在贯通后及时拆除原巷道内的所有运输和机械设备，将综掘机回撤至切眼口处，收缩在运输顺槽安装的SSJ-800 型皮带输送机至采面煤壁侧。

（2）在切眼两端头的绞车钻场内各安装一部40 t 回柱绞车，在切眼扩刷段巷道内中部安装一台25 t 双向调度绞车，设备布置如图2 所示。

图2 3303 工作面两巷及切眼设备布置

（3）在切眼原掘进巷道内铺设一条单轨道，距离扩帮侧2 m 左右，轨距为0.8 m，端头在3303工作面回风顺槽与切眼口处，向外铺设延伸至运输顺槽内，并在安装硐室的支架组装点布置液压叉车。

（4）在运输顺槽与切眼扩帮处，沿回采煤壁一侧布置,安装一台P-60B 型耙岩机，与运输顺槽内皮带输送机配合使用。

3.2 切眼扩刷安装工艺

（1）在运输顺槽向切眼刷帮开口前，采用炮掘工艺掘进约10 m，扩刷巷宽4 m，布置两排炮眼，每排炮孔设计5 个，炮眼深度1 m，间排距为1.2 m×2 m，分段起爆，对煤体实施松动爆破。

（2）松动爆破扩刷巷道达到10 m 指定位置后，利用耙岩机清理浮煤浮矸，场地清理结束后，拆除耙岩机，替换安装液压装载机。

（3）3303 工作面切眼在已扩刷区域内打设单体液压支柱，配合使用3.5 m 长的π 型梁，按照“一梁三柱”方式对顶板加强支护，单体柱打设间排距为1.5 m×1 m。然后，继续向前扩刷6 m 后停掘，后巷开始准备液压支架的入场工作。将分装好的液压支架依次运输至安装硐室内，在组装点起吊安装，将支架上下体合并组装后，沿运输顺槽已铺设的轨道由牵引绞车拉移至切眼内，在运输顺槽与切眼口的下端头卸车。

（4）拆除端头原打设的木垛和单体柱，使用回柱绞车和调向调度绞车共同牵引，将第一个过渡支架牵引到指定安装位置，确保支架垂直煤壁方向，且及时校正支架安装中线是否合格。回撤单体柱后，由液压支架担负起顶板的支护作用[4]。液压支架安装效果如图3 所示。

图3 液压支架安装效果平面

（5）按照上述方法，安装第一组支架后，依次安装第二组、第三组支架，为满足支架安装与巷道扩刷的平行作业，要求支架安装进度始终滞后扩帮段不小于6 m 的距离。为减小大型运输设备对空间的占用，影响支架装卸调向，在扩帮段巷道一侧铺设一部40 t 溜子，用于扩刷出煤使用，溜子紧跟液压装载机向前铺设延伸，直至巷道扩刷贯通结束。

3.3 安全操作注意事项

（1）扩帮采用松动爆破的作业方式时，务必确保炸药按照正向装药起爆顺序，炮泥封孔长度不小于0.5 m，炮眼口放置水炮泥。爆破前必须对现场单体柱进行认真检查，防止出现卸载情况，导致炮后顶板冒落，失去支护强度。对现场电缆、风水管路、信号线、监测线和探头等加强防护保护，避免出现崩落或破口现象，造成数据无法监测上传。严格执行“三人连锁”爆破管理制度[5]。

（2）安装液压支架前，应做好高压管路的铺设准备工作，检查乳化液泵站电缆、开关、液压管路是否到位，并进行试运转。

（3）安装液压支架时需合理使用调度绞车和回柱绞车，防止在转运调向过程中碰到单体柱，支架到位后，应及时补充乳化液，将立柱升紧打牢，贴合顶板，达到工作阻力和支架初撑力，严禁出现空顶现象。

（4）采用单体柱和木垛加固顶板时，若出现顶板岩石破碎、煤壁片帮等严重情况时，应采取补打锚杆和锚索的方法对顶板进行补强支护，还可采取顶板破碎带施工钻孔注浆的方法进行加固，确保安装支架期间不会出现冒顶等安全事故。

4 应用效果分析

1）同等条件下切眼扩刷巷道原来需用时35天左右，安装液压支架需要25 天，合计工期为60 天。经过采用新技术工艺，切眼扩刷巷道不再使用顶板支护方式，减少支护工序的时间影响，提高了扩帮速度，且巷道扩刷与支架安装可以平行作业，工作面具备回采条件共用时42 天，与原工艺相比缩短了近18 天的工期。

2）采用无锚支护一体化施工工艺，降低切眼扩刷段巷道的支护材料投入成本，顶板不再打设锚杆、锚索，只对帮部施工锚网，累计可节约生产成本14.2 万元，简化了工艺流程，提高扩帮效率。

3）在实现快速扩帮的基础上，后巷液压支架紧随巷道进行安装，缩短悬顶时间，减小对顶板完整性的破坏影响，且液压支架顶梁面积较大，工作阻力也更高，相较于单体液压支柱具有更强的支护效果。切眼扩刷段巷道由于未采取任何锚杆、锚索支护措施，在初采初放期间，顶板更容易自然垮落，避免因大面积悬顶不垮落而导致顶板事故的发生，更有利于采空区的顶板管理，提高生产安全可靠性。

5 结语

伯方煤矿3303 工作面采用无锚支护一体化施工工艺，对原切眼扩刷、支架安装的工艺进行大胆实践创新，取得良好的效果。对切眼扩刷段巷道采用快速掘进和无支护的方式，减小对顶板的扰动影响；液压支架的快速安装进场，提高了对顶板的支护强度；且调度绞车与回柱绞车的配合使用，也大大提高了支架安装的工作效率。实践证明，无锚支护一体化施工工艺有效降低了材料投入的成本，缩短了安装周期，为工作面具备采煤条件创造有利基础。