松软厚煤层复合支护沿底快速掘进应用研究

【摘 要】松软厚煤层沿底掘进巷道在施工过程中存在顶煤易片漏，支护困难；因煤层倾角变化或巷道施工层位要求，需适当破煤层底板，施工难度大等影响生产。针对上述情况，采用架U型棚支护并采取超前锚杆护顶、低压煤层注水及喷注浆措施，有效的解决了顶煤松软片漏问题；采用综掘机施工，破煤层底板相对容易；合理的调整劳动组织，采取多工序平行作业，提高了掘进工效。

【关键词】松软厚煤层；复合支护；沿底；快速掘进

0 前言

松软厚煤层考虑放顶煤需要，在掘进过程中采用沿底架棚施工。巷道在掘进过程中存在顶煤管理、破煤层底板、架棚劳动强度大等困难，现场的安全管理及单进水平的提高受到很大程度的影响。综合考虑各项影响因素，积极研究对策，寻求快速掘进的综合技术，是提高巷道单进的重要途径，有必要进行研究和推广。

1 概况

新集二矿13-1煤为主要可采煤层之一，-550m标高以上煤层倾角10°～30°，煤层厚度较稳定，煤厚4.5-11.0m，适合采用炮采悬移支架放顶煤回采。111300风巷设计长度1166m，位于新集二矿1113采区，工作面标高-326.9m～ -375.9m，煤层倾角10°～25°，平均煤层倾角15°，煤层厚度1.9～15.3m，平均厚度7.4m，煤层松散易漏冒。工作面直接顶为薄层煤与泥岩、砂质泥岩呈互层状组合而成，层理发育，岩层松软，稳定性差，易冒落；直接底为砂质泥岩，单向抗压强度30.7～46.8 MPa，平均约39.8 MPa。巷道采用架U型棚喷、注浆复合支护，巷道规格为净宽×净高=3.8m×3.18m。

2 复合支护

2.1 顶煤控制

2.1.1 超前锚杆支护

111300风巷采用架29U型棚支护，针对13-1煤复合型煤岩互层顶板难管理等特点，掘进过程中在迎头棚梁上方以仰角大于巷道坡度10°～15°施工超前锚杆控制顶煤，超前锚杆规格为Φ20×2500mm，间距300mm（可根据顶煤松软片漏情况适当调整），控制下一循环施工区段顶煤，有效的控制了顶、帮煤层片漏。

2.1.2 煤层低压慢速注水

每小班在巷道顶板向下0.5m、距中线1m施工两个超前煤层注水钻孔，钻孔深度6m，分别位于中线两侧，与巷道中线夹角15°，仰角比巷道坡度大15°～20°，注水钻孔保持1m的超前距，注水压力控制在0.2Mpa左右，并保证足够的注水时间。通过煤层低压慢速注水，慢慢浸润透煤体，一方面增加煤层的粘结度，有利于顶煤管理，另一方面因注水增加煤体透气性，煤层瓦斯得到提前释放，为掘进期间减少安全威胁，再者因水湿润煤体，降低了工作面的煤（岩）尘浓度，优化了工作环境。另经过以上措施的实施，巷道掘进过程中高冒点个数显著减少。

2.2 巷道支护优化设计

传统的松软厚煤层沿底施工回采巷道采用矿用12#工字钢架梯形棚支护，巷道规格一般为：净宽×净高=3.6m×2.8m。因13-1煤为厚煤层开采，且煤层松软易片等特点，巷道支护后矿压显现明显，出现棚梁弯曲下沉、棚腿变形严重等现象，造成后期工作面回采时巷道安全空间不足、超前支护工作量大。经过优化对比，根据煤层自身特性，选取29U型钢棚支护，斜腿拱形断面，断面规格：净宽×净高=3.8m×3.18m。通过提升支护材料的抗压强度，改变巷道断面形状，扩大巷道断面尺寸，巷道支护强度得以提高，支护效果改变明显，同时保证了巷道在使用期内的足够安全空间。

2.3 喷注浆加强支护

13-1煤为厚煤层，煤层瓦斯含量大，随着巷道的掘进，瓦斯涌出量不断增加，为加强现场一通三防管理，对巷道全断面煤体喷浆封闭。另外由于111300工作面煤层倾角最大达25°，风巷在掘进过程中上帮煤层易片漏，增加瓦斯管理难度，针对这一现象，风巷在掘进过程中对巷道顶部及两肩窝处进行注浆加固，填实U型棚与煤体之间的空隙，并将煤体与巷道材料联接为一个整体，从而以复合型支护达到提高巷道整体支护效果的目的。

3 沿底快速掘进技术

3.1 优化系统

巷道施工过程中，对通风、运输、出货等系统不断优化。大功率先进设备的投入，减轻职工的劳动强度，提高劳动效率，更重要的是规避了安全隐患点，提高巷道掘进的安全系数。

初期风巷出货系统为111300风巷刮板机经1113采区出煤上山刮板机（两部）至溜煤眼，后经出货系统改造，将刮板机全部换成皮带机，出货量得以增加，出货系统稳定性得以提升，并且每班节省1名运输机司机。

由于风巷设计长度为1166m，施工进度加快的同时打运支护材料的工作量也随之增加，因而在风巷安装一部JWB-55BJ型无级绳绞车，直接将材料打运至距迎头50m处，减少打运环节，同时也避免调度绞车打运材料带来的人员浪费问题，以更多的人员保证迎头正常施工。

1113采区出煤上山上段长度300m，巷道坡度15°，安装一部行人助力装置，减轻职工的体力消耗。

3.2 采用综掘机破矸

为控制好巷道层位，巷道下帮跟煤层底板掘进，施工过程中上帮破底高度达1.9m，人工掘进劳动强度大，未上综掘机之前，每小班只能组织一个循环，日进尺约3～4m，月度进尺约110m，进度缓慢。炮掘受施工工序影响，打眼、装药、放炮时间长，且放炮震动，易造成顶、帮煤层片漏加剧，造成更大的施工安全威胁。为了提高单进水平，采用EBZ-160H型综掘机施工，EBZ-160H型综掘机最大切割断面约24.1m2，最大切割高度4.8m，切割宽度5.12m，可经济截割煤岩单向抗压强度f≤80～100MPa，顺利的解决巷道上帮破底难问题。

3.3 优化劳动组织

采用综掘机掘进期间，班前会由队长或技术员根据工作面具体地质情况，合理分析综掘机落煤时的相关要求，从而制定最佳截割路线。充分发挥超前锚杆及煤层注水控制顶煤的优越性，以防止顶、帮煤层片漏为原则，尽量减少落煤时间。根据每小班工人的综合素质，合理安排各项工作，具体分为迎头支护组、备料组。所有支护材料距迎头不超过50m，在综掘机落煤期间，由备料组成员将下一循环所需支护材料运送至综掘机后方5m处，落煤结束后，协助支护组成员将U型棚等支护材料运至迎头并协助支护，从而保证施工工序的紧凑衔接

4 取得的效果

111300风巷掘进过程中，采取以上得力措施后，通过合理调整劳动组织，每小班能够完成4-5个正规循环，日进尺保持在10m以上，最高日进尺达15m，最高月度进尺达380m，且工程质量标准化全部达优良以上等级。创造了13-1煤托顶煤架U型棚喷浆支护巷道最高单进水平。

5 结束语

松软煤层沿底掘进巷道施工时采取架U型支（下转第132页）（上接第130页）护、超前锚杆及煤层低压慢速注水管理顶煤、喷注浆加固复合支护方式，有效的控制顶煤片冒。同时配合综掘机掘进，辅助大功率运输设备等相关保障措施，保证了现场的安全管理，减轻了职工的劳动强度。通过工序的合理组织，工效大大提高，巷道掘进单进水平大幅提升，实现了快速掘进，在矿井施工同类型巷道时，具有很大的借鉴意义，值得推广和应用。