常 盛，閆騰騰

(1.山西焦煤 西山煤電屯蘭礦，山西 古交 030200; 2.山西焦煤 西山煤電西曲礦，山西 古交 030200)

在煤炭開采過程中，需要對原有的工作面切眼進行擴幫支護。在擴幫過程中，傳統(tǒng)的一次擴幫技術(shù)因巷道跨度較大、頂板暴露時間過長而出現(xiàn)垮落失穩(wěn)，無法保證切眼擴幫期間的頂板穩(wěn)定性，并可能影響巷道的通風(fēng)、行人和運輸安全[1]，給后期設(shè)備安裝帶來困難。相較于正?；夭晒ぷ髅娴那醒?，遺留煤柱的切眼處于圍巖應(yīng)力疊加區(qū)域，傳統(tǒng)的擴幫方式可能造成頂板破碎甚至冒頂?shù)葒乐匕踩鹿蔥2]，更需對切眼擴幫作業(yè)進行工藝技術(shù)優(yōu)化。

西曲礦為實現(xiàn)工作面切眼安全高效擴幫及安裝，并有效對頂板進行支護，決定采用邊擴邊安+側(cè)卸式裝巖機+皮帶拐彎裝置的組合優(yōu)化方式，創(chuàng)新邊擴邊安工藝，實現(xiàn)施工的安全和高效。

1 工程概況

西曲礦14307工作面上覆2.3#煤12308、12309工作面采空區(qū)，2.3#煤與4#煤層間距3.1～6.7 m，并且工作面下伏18305、18306工作面蹬空區(qū)，4#煤與8#煤層間距約35 m，工作面切眼示意圖見圖1，工作面綜合柱狀圖見圖2.

圖1 14307工作面切眼示意圖

圖2 14307工作面地質(zhì)柱狀圖

2 邊擴邊安方式優(yōu)化

2.1 擴幫前工作面切眼支護方式

切眼掘進施工時根據(jù)與上覆2.3#煤工作面采空區(qū)層間距情況采取了純錨支護和架棚支護兩種方式，其中：

層間距大于5 m時采用純錨支護(切眼里程85～126 m)：巷道斷面為矩形，寬4.4 m×高3.0 m.采用錨桿+錨索+鋼筋梯梁+鋼筋網(wǎng)支護。

層間距3.2～3.5 m時采用架棚支護(切眼里程0～85 m，126～185 m)：巷道斷面為梯形，采用鐵棚+錨索聯(lián)合支護。錨索呈矩形布置，每架棚子間打設(shè)4根，間排距0.9 m×1.0 m.

2.2 傳統(tǒng)擴幫方式

按照傳統(tǒng)先施工小斷面切眼然后再擴幫的方式，擴幫段采用錨桿+錨索+點柱支護，頂錨桿為矩形布置，間排距為0.85 m×1.0 m，擴幫段補打一排頂錨索，錨索間排距為2.0 m×2.0 m；擴幫段幫錨桿為矩形布置，間排距為1.0 m×1.0 m；打設(shè)帶帽點柱兩排，間排距為2.9 m×1.0 m，當(dāng)頂板有裂隙發(fā)育或不完整時補掛1 200 mm×1 700 mm的鋼筋網(wǎng)。

2.3 邊擴邊安施工時工作面支護及安架方式

2.3.1 擴幫段為純錨巷道

擴幫段為矩形巷道時，采用錨桿+鋼帶+單體支護，單體打設(shè)超前擴幫段5 m；頂錨桿為矩形布置，間排距為1.05 m×1.0 m；幫錨桿為矩形布置，間排距為1.0 m×1.0 m，第一排幫錨桿距頂板0.3 m；每隔2 m在擴幫區(qū)域頂板打設(shè)一根鋼帶。當(dāng)頂板有裂隙發(fā)育或不完整時補掛1 200 mm×1 700 mm的鋼筋網(wǎng)。頂板破碎或壓力大時擴幫距離不超過4.5 m(3架)，支護形式見圖3.

圖3 純錨段擴幫支護示意圖

安架時，使用機頭絞車將支架運輸至工作面道頭卸車，準備掉向擺架前取回影響支架安裝的單體，然后利用機頭絞車進行拉架和擺架，同時利用支架本身推拉裝置的伸縮來調(diào)整支架的前后位置，兩者相互配合直至將支架安裝入位，見圖4.

圖4 純錨段安架示意圖

2.3.2 擴幫段為架棚巷道

擴幫段為架棚巷道時，首先使用鋼帶(頂板破碎時使用工字鋼吊梁)固定棚梁，之后拆除擴幫側(cè)棚腿。擴幫區(qū)域巷道采用錨桿+鋼帶支護，頂錨桿為矩形布置，間排距為0.95 m×1.0 m；幫錨桿為五花形布置，間排距為1.0 m×1.0 m，第一排幫錨桿距頂板0.3 m.每隔2 m在擴幫區(qū)域頂板打設(shè)一根鋼帶。當(dāng)頂板有裂隙發(fā)育或不完整時補掛1 200 mm×1 700 mm的鋼筋網(wǎng)。頂板破碎或壓力大時補打頂錨索，此時擴幫距離不超過4.5 m(3架)，支護形式見圖5.

圖5 架棚段擴幫支護示意圖

安架段為架棚支護段時，首先使用機頭絞車將支架運輸至工作面道頭卸車，利用機頭絞車進行拉架和擺架，同時利用支架本身推拉裝置伸縮來調(diào)整支架的前后位置，兩者相互配合直至將支架安裝入位。

若擴幫段內(nèi)頂板破碎或壓力大時，需將待安架前一臺支架進行降架，之后插入一根4.5 m長工字鋼挑起架棚段內(nèi)棚梁，保證原有棚梁端頭(煤壁側(cè))和挑梁端頭(機尾側(cè))必須打設(shè)單體，維護好頂板后利用機頭絞車進行拉架和擺架，同時利用支架本身推拉裝置的伸縮來調(diào)整支架的前后位置，兩者相互配合直至將支架安裝入位，架棚段安架示意圖見圖6.

圖6 架棚段安架示意圖

3 邊擴邊安配套設(shè)備的使用

3.1 側(cè)卸式裝巖機

由于作業(yè)環(huán)境空間和工序限制，14307工作面切眼邊擴邊安施工中無法使用大型出渣設(shè)備，只能靠人工清渣至40 T刮板輸送機的出渣方式，為了安全高效地進行作業(yè)，引進了側(cè)卸式裝巖機。

煤礦用側(cè)卸裝巖機，是一種高效率裝載機械，具有插入力大、機動性好、裝載功能強、全斷面作業(yè)、安全性好、一機多用等特點，能顯著減輕勞動強度。除此之外，該設(shè)備還可以為掘進工作面提供臨時支護，實現(xiàn)短距離運輸、拉底、擴幫等[2].

現(xiàn)場使用后，出渣效率明顯提高，并減少了人力投入及勞動強度，使擴幫工作高效、順利進行。以往一次擴幫每班運輸沿線需4人開設(shè)備(兩部膠帶輸送機、轉(zhuǎn)載機、刮板輸送機各需1人)，打設(shè)超前支護吊梁需要3人，打眼放炮、出渣、打設(shè)頂幫錨桿至少6人，共計13人才能保證每天擴幫6 m，出渣占用大部分時間和人力。使用側(cè)卸裝巖機出渣后，除操作設(shè)備的4人外，打眼放炮后僅需2人出渣，1人操作裝巖機，1人看護電纜，其余人員可以進行超前維護打設(shè)鋼帶或打設(shè)頂幫錨桿，檢修班每天對刮板輸送機加4節(jié)溜槽，仍能打眼放炮擴幫2 m，圓班平均擴幫進尺達5 m以上，每班僅需9人。

3.2 皮帶拐彎裝置

14307工作面切眼擴幫采用側(cè)卸式裝巖機配合刮板輸送機裝煤至皮帶輸送機，再由皮帶輸送機運渣至北翼2#溜煤眼至北翼二部皮帶巷的方式出渣。在皮帶搭接處使用了膠帶拐彎裝置，較傳統(tǒng)施工過程有明顯的優(yōu)勢。該拐彎裝置可實現(xiàn)小角度快捷轉(zhuǎn)換，減少了中間機頭機尾環(huán)節(jié)，實現(xiàn)安全高效作業(yè)[3]；減少了機頭機尾硐室的掘進施工工程，并且可反復(fù)使用，降低運輸成本; 結(jié)構(gòu)簡單、承載力大、性能穩(wěn)定、安全可靠、維護簡單方便，提高了安全效果和生產(chǎn)效率。

4 施工效果

使用優(yōu)化后的邊擴邊安技術(shù)后，通過對安裝在14307工作面切眼的4個頂板在線監(jiān)測儀記錄分析了頂板的變化情況，2021-10-31 T 0:00至2021-12-31 T 23:59監(jiān)測情況見表1.

表1 頂板在線監(jiān)測儀數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

從表1可以看出，14307工作面切眼在使用邊擴邊安技術(shù)擴幫后，頂板位移變化最大值為1.93 mm，并且在1個月后變化趨于穩(wěn)定，巷道圍巖穩(wěn)定，從現(xiàn)場情況來看，未發(fā)生片幫、離層等現(xiàn)象，效果良好。

5 工藝創(chuàng)新點

采用邊擴邊安技術(shù)，與整個切眼一次擴幫完成后再安設(shè)支架相比：

1)可有效減少頂板暴露的面積，保證了施工安全。

邊擴邊安技術(shù)與整個切眼一次擴幫成型相比，減少了頂板的暴露面積和時間。頂板條件較好時，支架至未擴幫段最大距離不超過8 m(6架)；頂板破碎或壓力大時支架至未擴幫段距離不超過4.5 m(3架)，即開始安架。

2)提高了施工效率,減輕了勞動強度，減少了作業(yè)人數(shù)，縮短了工期。

使用邊擴邊安+側(cè)卸式裝巖機+皮帶拐彎裝置的組合優(yōu)化方式，使擴幫+安裝支架的工期有效縮減。14307工作面切眼邊擴邊安共施工35天。按照傳統(tǒng)的切眼擴幫方式，4#煤工作面切眼每天可擴幫8 m，186 m長切眼擴幫需26天，安裝支架按照每天12架計算需15天，傳統(tǒng)擴幫安架方式需41天，工期縮減了6天。

每班擴幫的作業(yè)人數(shù)由13人縮減至9人，能夠減少出渣時間和人力投入，同時也降低了人工清渣的勞動強度，使擴幫工作高效、順利的進行。

安裝一隊早班根據(jù)擴幫距離安架，利用二班時間運輸支架，綜采準備隊二班和夜班進行沿線設(shè)備檢修及擴幫，兩隊互不影響，利用運輸時間進行擴幫，待設(shè)備運到位后，擴幫段即可安設(shè)支架，既交叉作業(yè)又平行作業(yè)，充分利用了時間和空間，使該項工程穩(wěn)步、高效地向前推進。

3)可根據(jù)現(xiàn)場支架安裝需求調(diào)整擴幫，施工靈活，減少了工程量。

傳統(tǒng)的一次擴幫方式，如果安裝過程中遇到切眼寬度不夠或起伏不平處，需人工擴幫或拉底，效果不理想，既增加了勞動成本，又耗費了安裝時間。邊擴邊安技術(shù)的應(yīng)用，使得安裝、擴幫同步進行，現(xiàn)場可根據(jù)設(shè)備的不同、地形的變化隨時調(diào)整擴幫尺寸、安裝距離，更好地為安裝服務(wù)，確保整個工作面安裝順利完成。

此外，邊擴邊安方式減少了工作面機尾采機滾筒硐室的個數(shù)，以往切眼一次擴幫成形，遇機尾段頂板破碎時常采用架棚支護[4-5]，采機滾筒硐室只能距機尾一段距離打設(shè)2個，隨著邊擴邊安的應(yīng)用，即使機尾段頂板破碎，支架可及時安裝并維護頂板，副巷可天然成為1個采機滾筒硐室，另一個只需布置在距機尾10 m處即可，節(jié)約了人力、物力的投資，而且方便了后期采機的安裝。

4)減少了材料投入，降低了成本。

14307工作面切眼長度186 m，其中，純錨巷道42 m，架棚巷道144 m.采用傳統(tǒng)擴幫方式，將消耗大量錨索、錨桿及木點柱，需42.6萬元；采用邊擴邊安方式后，取消了木點柱和錨索，并降低了錨桿支護密度，需10.5萬元，共計節(jié)省成本32.1萬元。

6 結(jié) 語

1)邊擴邊安技術(shù)方案優(yōu)化了施工工藝，解決了遺留煤柱切眼擴幫與支架安裝同步進行的技術(shù)難題，同時配合側(cè)卸式裝巖機和皮帶拐彎裝置，探索出一套安全、高效、操作性強的施工方案。

2)遺留煤柱綜采工作面切眼擴幫后，采用錨網(wǎng)及單體支柱支護方式，實現(xiàn)小循環(huán)作業(yè)，保證了支護效果，同時支架安裝后及時注液，降低了頂板暴露時間，保證了頂板的穩(wěn)定性。

3)該成套技術(shù)的應(yīng)用，提高了工作效率，降低了施工成本，有效緩解礦井接替緊張局面。