李國良

摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)的開展，我國煤礦業(yè)的開采設(shè)備也在不斷的進(jìn)行更新，設(shè)備使用的技術(shù)性也是越來越強(qiáng)，因此在煤礦中的開采力度也是不斷加大，為滿足對(duì)煤礦開采的需要，大采高工作面切眼掘進(jìn)支護(hù)的技術(shù)在開采中的運(yùn)用也是愈加重要，這項(xiàng)技術(shù)的具體運(yùn)作，需要根據(jù)不同煤礦的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，本文根據(jù)某煤礦的基本情況，分析在其煤礦開采過程中工作面切眼掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：大采高工作面；切眼；掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)

引言

煤礦的開采過程中為了使其采煤工作面形成一套獨(dú)立的回風(fēng)系統(tǒng)，在運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷之間沿煤層掘進(jìn)一條巷道，其主要作用除了通風(fēng)外也是在其內(nèi)布置采煤工作面所需要使用的各種設(shè)備，此巷道在綜采工作面實(shí)際的回采中必不可少，開切眼即是指對(duì)此巷道的施工。隨著綜采工作面開采技術(shù)的提升，采煤工作面開采的深度也隨之加深，工作面寬度逐漸加寬，煤礦中工作面切眼的掘進(jìn)施工也顯得更加重要。當(dāng)煤礦在開采時(shí)遇到特殊地質(zhì)構(gòu)造無法通過其它方式通過時(shí)，也必須在工作面中另開切眼進(jìn)行施工。切眼的掘進(jìn)施工必須考慮到工作面的地理位置、地質(zhì)條件、采面回采率以及工作面的煤層分布等因素，在切眼施工時(shí)必須及時(shí)的對(duì)切眼進(jìn)行支護(hù)，保障切眼的穩(wěn)定性與安全性，保障工作面巷道施工的順利進(jìn)行。

1 工作面基本條件

在進(jìn)行切眼掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)之前，施工設(shè)計(jì)人員必須首先了解煤礦的基本條件，例如：工作面所處位置、工作面預(yù)計(jì)可開采的煤炭產(chǎn)量、可開采煤層的厚度以及深度，還要了解工作面層厚度的變化情況以及在回采過程中礦井內(nèi)涌水量的情況等，詳細(xì)掌握煤層的基本情況，了解工作面所在地區(qū)的地理位置以及巖石土壤分布的特點(diǎn)，可以使施工設(shè)計(jì)人員完善施工方案，將多種可能性都包含其中，有利于在實(shí)際的施工中減少施工的誤差，提高煤炭開采的工作效率。本文所選工作面基本條件如下敘述。

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

1.1.1 掘進(jìn)區(qū)煤層傾向南西，煤層較為平緩，傾角1-3°；上覆基巖約146-198m，松散層約0-36m。煤層裂隙水較充沛，將對(duì)正常掘進(jìn)造成一定影響。

1.1.2 從鄰近資料看，掘進(jìn)區(qū)內(nèi)無大的地質(zhì)構(gòu)造影響。但不排除局部小型構(gòu)造或在煤層頂部有同生沖刷構(gòu)造存在的可能性，應(yīng)視具體情況適當(dāng)調(diào)整巷道坡度。

1.1.3 從已揭露煤層看，該區(qū)域煤層厚度6.5m左右。

1.2 水文情況

1.2.1 該區(qū)域內(nèi)上覆基巖及松散層含水較為充沛，根據(jù)鄰近工作面掘進(jìn)情況，屆時(shí)會(huì)出現(xiàn)頂板淋水現(xiàn)象。預(yù)計(jì)正常涌水量在10-30m3/h之間。

1.2.2 掘進(jìn)巷道上方存在采空區(qū)積水，層間距30-45m，掘進(jìn)過程中淋水主要為煤層及頂板裂隙水，要留設(shè)足夠的頂煤，并確保排水設(shè)備正常運(yùn)行，建議排水能力設(shè)置在60m3/h以上。

1.3 圍巖特征及煤層賦存情況

1.3.1 掘進(jìn)煤層頂板巖性以砂質(zhì)泥巖及砂巖類粗、中、細(xì)沙巖為主，抗壓強(qiáng)度19.59～37.68Mpa，含水率一般為1.53%，軟化系數(shù)0.60～0.63。底板為泥巖及粉砂巖，抗壓強(qiáng)度為16.16-39.62MPa，一般為38.96Mpa。含水率2.60%，軟化系數(shù)0.45。底板較為松軟，遇水泥化較為嚴(yán)重。

1.3.2 掘進(jìn)煤層較穩(wěn)定，該區(qū)域厚度6.5m左右。煤呈黑色，以暗煤、亮煤為主，鏡煤次之，呈條帶狀分布，絲炭分布于層面，斷口平坦，裂隙發(fā)育。煤層頂?shù)装迩闆r詳見表1。

1.3.3 根據(jù)《某煤礦2016年瓦斯等級(jí)鑒定報(bào)告》，掘進(jìn)工作面瓦斯絕對(duì)涌出量0.1m3/min，二氧化碳絕對(duì)涌出量0.2m3/min，為低瓦斯礦井。煤塵具有爆炸性，平均地溫1.7℃/100m，無地溫異常。

1.3.4 根據(jù)《2017年某煤礦開采煤層最短自然發(fā)火期及標(biāo)志性氣體確定報(bào)告》，掘進(jìn)煤層屬于Ⅰ類容易自燃煤層，最短自然發(fā)火期為41天。

2 巷道的掘進(jìn)特點(diǎn)

巷道的特點(diǎn)是制定最終掘進(jìn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，施工設(shè)計(jì)人員要根據(jù)巷道的深度、煤層的分布以及煤層底板的性質(zhì)進(jìn)行分析，需要注意煤層厚度的分布規(guī)律，及時(shí)查看煤層煤體以及煤層頂板在施工中的情況，查看其是否存在破碎的情況，破碎程度如何，最后還要查看煤層中斷層的位置，依據(jù)斷層的位置進(jìn)行相應(yīng)的施工設(shè)計(jì)。

巷道在掘進(jìn)期間主要用于掘進(jìn)工作面的主、輔助運(yùn)輸，供電電纜鋪設(shè)，供排水、壓風(fēng)管路鋪設(shè)，巷道回風(fēng)，掘進(jìn)之后22411切眼用于22411綜采工作面安裝及初采。

掘進(jìn)巷道全部為煤巷，所在煤層為22煤，煤層底板標(biāo)高為1048-1059m。所有巷道均沿煤層底板掘進(jìn)。

巷道全部設(shè)計(jì)為矩形巷道。22411切眼長度301m，巷寬9.8m、高5.1m（分兩次成巷和拉底），切眼內(nèi)包括兩端頭共設(shè)計(jì)8個(gè)調(diào)車硐室，每個(gè)調(diào)車硐室長度15m；22410回順反掘長度180m；回順與運(yùn)順之間掘進(jìn)2個(gè)垂直聯(lián)巷，每個(gè)聯(lián)巷長度18m，巷道掘進(jìn)總長度938m。

本掘進(jìn)工作面使用掘錨機(jī)掘進(jìn)，同時(shí)掘錨機(jī)支護(hù)頂板及兩幫上部兩排錨桿；使用連梭車、運(yùn)一號(hào)車、帶式輸送機(jī)運(yùn)煤；使用局部通風(fēng)機(jī)壓入式供風(fēng)；人工延續(xù)帶式輸送機(jī)；人工接續(xù)供排水管路、壓風(fēng)管路，鋪設(shè)電纜并補(bǔ)打兩幫下部兩排錨桿。

3 支護(hù)參數(shù)的確定原則

在現(xiàn)代煤礦巷道的掘進(jìn)中，隨著開采工作難度的上升，近年來許多的掘進(jìn)事故表明錨桿技術(shù)已經(jīng)不能只注重錨桿的強(qiáng)度，錨桿在實(shí)際的使用中還應(yīng)該注重其與施工周圍巖石的協(xié)調(diào)性以及整體性。在錨桿的設(shè)計(jì)以及支護(hù)時(shí)必須注重協(xié)調(diào)周圍巖石的承重能力，將錨桿上的受力分散到巖石當(dāng)中，如此才能將錨桿的作用發(fā)揮到最大，從而提高周圍巖石的強(qiáng)度，使其與錨桿共同形成一塊“梁板”，保障巷道的穩(wěn)定性，提高巷道施工的安全性。在新興的錨索技術(shù)中不僅具有普通錨桿的作用，如：加固、組合梁等錨桿的一般作用，還具有懸吊的能力，此技術(shù)可以使巷道的頂板形成堅(jiān)固的錨吊梁，增加頂板的穩(wěn)定性，并且在巷道中形成較多的支撐點(diǎn)，可以有效的減少頂板可能出現(xiàn)下沉的情況，加固整個(gè)巷道的穩(wěn)定性。

根據(jù)現(xiàn)在對(duì)錨桿的要求，在切眼的實(shí)際以及施工時(shí)以錨桿的支護(hù)來制定巷道支護(hù)參數(shù)的原則，一般情況下有五種原則：一是以錨桿的最高的承載力為準(zhǔn)，根據(jù)巷道掘進(jìn)的實(shí)際情況，對(duì)支護(hù)的錨桿進(jìn)行加長或是使用全長錨固錨桿；二是直接增加錨桿自身的承受力度，增加錨桿的剛度以及強(qiáng)度，使其能夠承受更大的重壓；三是在支護(hù)時(shí)計(jì)算出錨桿承載能力的最大值，使其作為錨桿承重的臨界值，在對(duì)錨桿進(jìn)行支護(hù)工作時(shí)，其支護(hù)的力度以及剛度不能小于錨桿承重的臨界值；四是在支護(hù)時(shí)必須保障其錨桿的穩(wěn)定性，即是支護(hù)的設(shè)計(jì)必須與錨桿一樣具有較大的強(qiáng)度以及剛度，使其在實(shí)際的巷道掘進(jìn)中具有良好的可靠性；五是在支護(hù)的工作中使用“聯(lián)合支護(hù)”的方式，即是先使用錨桿支護(hù)進(jìn)行加固提高巷道的穩(wěn)定性，再使用錨索支護(hù)、“木垛”、“架棚”等進(jìn)行大規(guī)模、密集型的加固支護(hù)，兩種或多種支護(hù)方式相結(jié)合，增加巷道的穩(wěn)定性，提高巷道建設(shè)以及后續(xù)采礦挖掘工作的安全性。

所選工作面根據(jù)地質(zhì)資料及相鄰工作面支護(hù)設(shè)計(jì)，采用工程類比法選擇錨網(wǎng)支護(hù)，即使用錨桿將頂板加固形成“組合梁”，并將其用錨索懸吊于較堅(jiān)固的巖層中。根據(jù)掘錨機(jī)本身的支護(hù)工藝，確定巷道頂板采用“錨桿+冷拔絲網(wǎng)+錨索”聯(lián)合支護(hù)，巷道正幫采用“玻璃鋼錨桿+塑料網(wǎng)+木托盤”聯(lián)合支護(hù)，巷道副幫及聯(lián)巷、硐室兩幫采用“圓鋼錨桿+冷拔絲網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)。

4 切眼的施工工藝

4.1掘進(jìn)工藝

4.1.1割煤

在割煤的過程中首先要確定掘進(jìn)技術(shù)，本文中所選煤礦22441切眼挖掘中選擇使用掘錨機(jī)掘進(jìn)巷道一次成形的掘進(jìn)方式。

掘錨機(jī)截割時(shí)，首先升起截割滾筒將截割滾筒調(diào)整至巷道中部，收回截割滾筒，行走掘錨機(jī)使截割滾筒與前方煤壁接觸，然后升起掘錨機(jī)臨時(shí)支撐，啟動(dòng)截割滾筒與運(yùn)輸機(jī)，伸出截割滾筒，切入煤體從中部向上截割至頂板，然后再向下截割。當(dāng)割到煤層底板時(shí)，收截割滾筒，拉底煤，保證巷道高度且使巷道底板平整，裝完余煤，完成一個(gè)截割循環(huán)。再次將截割滾筒調(diào)整至巷道中部，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。掘進(jìn)過程中由于掘錨機(jī)采用隨掘隨支（掘1m支1m）的掘進(jìn)方式。

4.1.2裝煤以及運(yùn)煤方式

利用掘錨機(jī)的裝載、運(yùn)輸機(jī)構(gòu)來完成裝煤工序。掘錨機(jī)上設(shè)有裝載機(jī)構(gòu)（裝煤鏟板和三星輪裝載機(jī)構(gòu)）和輸送機(jī)。掘錨機(jī)割煤時(shí)，煤落在裝煤鏟板上，同時(shí)三星輪連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將煤炭裝入中部運(yùn)輸機(jī)，運(yùn)輸機(jī)再將煤裝入后面等待的梭車料斗內(nèi)。梭車將煤運(yùn)輸并卸載到連運(yùn)一號(hào)車料斗內(nèi)，連運(yùn)一號(hào)車將煤破碎并轉(zhuǎn)運(yùn)到帶式輸送機(jī)上，帶式輸送機(jī)將煤運(yùn)送到地面原煤倉。

4.1.3支護(hù)設(shè)計(jì)

生產(chǎn)過程中由掘錨機(jī)頂鉆箱完成頂錨桿及錨索的支護(hù)工作，由掘錨機(jī)側(cè)鉆箱完成兩幫上部兩排幫錨桿支護(hù)工作，每天早班由檢修班人員使用煤電鉆人工補(bǔ)打兩幫下面兩排幫錨桿。

4.1.4清理浮煤

掘錨機(jī)裝煤灑下的浮煤由煤機(jī)司機(jī)在交接班前用煤機(jī)清理一遍，剩余少量余煤在早班使用裝載機(jī)及人工清理干凈；巷道帶式輸送機(jī)下灑下的浮煤，帶式輸送機(jī)停機(jī)檢修后安排專人進(jìn)行清理。

5 切眼支護(hù)工藝

5.1切眼支護(hù)的具體數(shù)據(jù)

5.1.1頂板錨桿支護(hù)

（1）22441切眼頂板使用Φ22×2200mm螺紋鋼錨桿加冷拔絲網(wǎng)支護(hù)。錨桿排距1000mm，每排8根，矩形布置，從正幫到副幫間距為：

600mm-1400mm-1400mm-1300mm-1000mm-1100mm-1400mm-1200mm-400mm。

（2）22441切眼調(diào)車硐室頂板使用Φ18×1800mm圓鋼錨桿加冷拔絲網(wǎng)支護(hù)。錨桿排距1000mm，每排4根，矩形布置，間距為：

500mm-1500mm-1400mm-1500mm-500mm。

（3）22440回風(fēng)順槽反掘段頂板及使用Φ18×1800mm圓鋼錨桿加冷拔絲網(wǎng)支護(hù)。錨桿排距1000mm，每排4根，矩形布置，從正幫到副幫間距為：

600mm-1400mm-1400mm-1400mm-600mm。

（4）兩順槽間聯(lián)巷頂錨桿支護(hù)形式和22440回風(fēng)順槽反掘段一樣。

5.1.2頂板錨索支護(hù)設(shè)計(jì)

（1）22441切眼頂板使用φ21.6×8150mm錨索支護(hù)。排距2000mm，每排4根，矩形布置，從正幫到副幫間距為：

1800mm-2000mm-2300mm-2400mm-1300mm。

（2）22441切眼硐室頂板使用φ17.8×6150mm錨索支護(hù)。排距3000mm，每排2根，矩形布置，間距為：

1800mm-1800mm-1800mm。

（3）22440回風(fēng)順槽反掘段頂板使用φ17.8×6150mm錨索支護(hù)。排距3000mm，每排2根，矩形布置，從正幫到副幫間距為：

1700mm-2000mm-1700mm。

（4）兩順槽間聯(lián)巷頂錨索支護(hù)形式和22440回風(fēng)順槽反掘段一樣。

5.1.3幫網(wǎng)支護(hù)

（1）22441切眼正幫使用φ22×2000mm玻璃鋼錨桿加塑料網(wǎng)加木托盤支護(hù)，錨桿排距為1000mm，每排4根，矩形布置，從頂板到底板間距為：

600mm-1200mm-1200mm-1200mm-900mm。

（2）22441切眼副幫使用φ18×1800mm圓鋼錨桿加冷拔絲網(wǎng)支護(hù)，錨桿排距為1000mm，每排4根，矩形布置，從頂板到底板間距為：

600mm-1200mm-1200mm-1200mm-900mm。

（3）22441切眼調(diào)車硐室兩幫使用φ18×1800mm圓鋼錨桿加冷拔絲網(wǎng)支護(hù)，錨桿排距1000mm，每排4根，矩形布置，從頂板到底板間距為：

600mm-1000mm-1000mm-1000mm-900mm。

（4）22440回順正幫使用φ22×2000mm玻璃鋼錨桿加塑料網(wǎng)加木托盤支護(hù)，錨桿排距1000mm，每排4根，矩形布置，從頂板到底板間距為：

300mm-1100mm-1100mm-1100mm-800mm。

（5）22440回順副幫使用φ18×1800mm圓鋼錨桿加冷拔絲網(wǎng)支護(hù)，錨桿排距1000mm，每排4根，矩形布置，從頂板到底板間距為：

200mm-1100mm-1100mm-1100mm-900mm。

（6）兩順槽間聯(lián)巷兩幫錨桿支護(hù)方式和22440回順副幫一樣。

5.2支護(hù)工藝

5.2.1頂錨桿支護(hù)工藝

（1）鉆眼。當(dāng)掘錨機(jī)完成一個(gè)截割循環(huán)后，將掘錨機(jī)臨時(shí)支撐降下，掘錨機(jī)向前移動(dòng)1m，然后升起臨時(shí)支撐。支護(hù)工根據(jù)設(shè)計(jì)間排距確定好眼位，然后將鉆桿安裝在掘錨機(jī)鉆箱上，然后上升鉆桿使鉆頭頂住頂板，打眼時(shí)操縱鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)閥及進(jìn)給閥，進(jìn)行鉆眼。當(dāng)鉆桿鉆入設(shè)計(jì)深度時(shí)，反向進(jìn)給，同時(shí)繼續(xù)保持鉆桿旋轉(zhuǎn)，將鉆桿退出，錨桿眼必須打在網(wǎng)片搭接處，打眼過程中掘錨機(jī)割煤。

（2）鋪網(wǎng)。打眼完畢后，掘錨機(jī)司機(jī)停止割煤，降下臨時(shí)支撐，支護(hù)工將網(wǎng)片平放在臨時(shí)支撐上，然后掘錨機(jī)司機(jī)升起臨時(shí)支撐頂起網(wǎng)片緊貼頂板，支護(hù)工綁扎網(wǎng)片，鋪網(wǎng)工序完成。頂網(wǎng)鋪設(shè)要求與上一片網(wǎng)搭接間距100mm，并使用14#綁絲按照間距300mm綁扎牢固，綁絲外露部分統(tǒng)一朝向掘進(jìn)方向。

（3）安裝錨桿。鋪網(wǎng)完成后，支護(hù)工將樹脂藥卷放入鉆眼內(nèi)，然后用錨桿頂住藥卷鉆入鉆孔內(nèi)，在錨桿下端放入攪拌器，升起鉆箱直至錨桿底部到達(dá)眼口約20mm處，轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌器攪拌樹脂，時(shí)間約10～12秒，然后升起托盤緊貼頂板，并等待10～30秒，然后擰緊螺母即可。安裝錨桿過程中掘錨機(jī)割煤。

（4）緊固錨桿。待樹脂凝固后，旋轉(zhuǎn)鉆箱緊固錨桿（此時(shí)不能給進(jìn)），使其扭矩達(dá)到120N·m以上，錨固力不小于60KN（必要時(shí)人工進(jìn)行二次緊固）。

（5）檢查錨桿。掘錨機(jī)上支護(hù)工利用空余時(shí)間使用扭矩扳手對(duì)已緊固的頂錨桿進(jìn)行扭矩檢查。

5.2.2幫錨桿支護(hù)工藝

掘錨機(jī)幫錨桿支護(hù)工藝與頂錨桿支護(hù)工藝相同。正常掘進(jìn)過程中，掘錨機(jī)支護(hù)上面兩排幫錨桿，檢修班使用煤電鉆人工補(bǔ)打下面兩排幫錨桿。兩幫鋪網(wǎng)時(shí)支護(hù)工將網(wǎng)片隨掘進(jìn)循環(huán)展開，平整地鋪到巷幫上，并與頂幫網(wǎng)搭接。鉛絲網(wǎng)及塑料網(wǎng)與冷拔絲網(wǎng)搭接200mm、塑料網(wǎng)與塑料網(wǎng)網(wǎng)搭接200mm、鉛絲網(wǎng)與鉛絲網(wǎng)搭接100mm。搭接處用14#綁絲綁扎，綁扎間距300mm，頂幫搭接綁扎后綁絲外露部分朝向巷幫，兩幫搭接綁扎后綁絲外露部分豎直向下。

5.3.3錨索支護(hù)工藝

掘錨機(jī)施工錨索與施工頂板錨桿工藝一致。硐室鎖口及抹角剩余部分錨索使用兩臂錨桿機(jī)施工。使用CMM2-15型兩臂錨桿機(jī)施工錨索時(shí)，嚴(yán)格按照CMM2-15型兩臂錨桿機(jī)安全技術(shù)操作規(guī)程及錨索支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程進(jìn)行作業(yè)。錨索施工作業(yè)順序?yàn)椋憾ㄎ?、鉆眼、安裝錨索、張拉錨索、檢查錨索。

結(jié)束語

在所選煤礦開切眼的工作中，使用文中的方式進(jìn)行切眼的支護(hù)效果十分良好，并且根據(jù)所選煤礦的實(shí)踐得出在斷層或斷面較大的情況下，可以采取分布施工使用二次掘進(jìn)的方式，減少施工的難度，推動(dòng)施工的進(jìn)度。此方式可以給同類型的煤礦開切眼時(shí)提供參考價(jià)值。開切眼有助于煤礦工作的順利進(jìn)行，切眼在實(shí)際的煤礦開采中作用也十分的重要，所以在對(duì)煤礦進(jìn)行開切眼時(shí)一定要對(duì)煤礦進(jìn)行綜合的考察，在開切眼的過程及時(shí)的進(jìn)行支護(hù)的工作，保障巷道內(nèi)的穩(wěn)定性與在巷道施工時(shí)的安全性，推進(jìn)施工工程的進(jìn)度。

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