郭磊磊

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司伯方煤礦分公司，山西 高平 048400）

煤礦綜采工作面擴(kuò)幫安裝工藝工序復(fù)雜、安裝周期長，在切眼貫通和擴(kuò)刷期間，設(shè)備需要不斷地拆裝轉(zhuǎn)運(yùn)，從而增加施工安全風(fēng)險和勞動強(qiáng)度[1-3]。基于此，通過技術(shù)創(chuàng)新和工藝改進(jìn)，提出無錨支護(hù)一體化施工工藝。該施工工藝在切眼擴(kuò)刷期間利用單體柱加強(qiáng)頂板支護(hù)，不再打設(shè)錨網(wǎng)索加固頂板，可有效降低支護(hù)材料的成本投入，實(shí)現(xiàn)巷道快速擴(kuò)刷，同時后巷安裝液壓支架，達(dá)到擴(kuò)幫與支架安裝的平行作業(yè)，提高工作效率，縮短了支架安裝周期，為工作面快速形成采煤條件奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 工作面概況

伯方煤礦3303 綜放工作面位于三盤區(qū)北翼，采用“U 型”通風(fēng)方式，采面標(biāo)高+560～+690 m，主采3#煤層，煤厚平均5.53 m。煤層賦存傾角8°～10°，硬度系數(shù)f 為1.5～1.8，含有1～2 層夾矸，層理發(fā)育。工作面運(yùn)輸順槽設(shè)計長度1 883 m，回風(fēng)順槽設(shè)計長度1 813 m，布置為矩形斷面，巷道斷面積18.9 m2，采用錨索梁配合金屬網(wǎng)方式支護(hù)頂板。煤層頂板以砂巖為主，底板多為砂質(zhì)泥巖，頂?shù)装鍘r性如表1 所示。3303 工作面切眼設(shè)計長度176 m，原斷面規(guī)格為寬5.5 m×高3.7 m，切巷采用小斷面掘進(jìn)，然后進(jìn)行刷幫至寬度為9.5 m 巷道，便于后期安裝支架使用。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性

2 切巷設(shè)計施工方案

2.1 施工整體思路

3303 工作面切眼巷道采用綜掘機(jī)掘進(jìn)施工，按照原設(shè)計斷面正常掘進(jìn)，由回風(fēng)順槽向運(yùn)輸順槽方向掘進(jìn)貫通。為方便后巷出煤，安裝一部SSJ-800 型皮帶輸送機(jī)，在施工至貫通點(diǎn)位置后，將皮帶輸送機(jī)進(jìn)行回撤，更換安裝一部40T 溜子，沿回采一側(cè)煤壁延伸鋪設(shè)。在運(yùn)輸順槽丁字口處調(diào)整綜掘機(jī)方向，開始對煤壁擴(kuò)刷巷幫至9.5 m寬斷面。

2.2 巷道支護(hù)方案

（1）3303 工作面切眼在掘進(jìn)期間對頂板主要采取W 型鋼帶與無縱筋螺紋鋼錨桿、金屬網(wǎng)片等材料進(jìn)行復(fù)合支護(hù)。W 型鋼帶長度×寬度為5 m×0.28 m，錨桿規(guī)格為φ22 mm×2.5 m，打設(shè)間排距為0.8 m×1.0 m，每排鋼帶可打設(shè)7 根錨桿。切眼擴(kuò)巷后選用鋼帶長度為4.2 m，錨桿打設(shè)間排距仍為0.8 m×1.0 m，但擴(kuò)巷寬度只有4 m。因此，每排只能打設(shè)錨桿6 根。為加強(qiáng)對頂板的支護(hù)強(qiáng)度，將原巷道與擴(kuò)刷段巷道施工的鋼帶與錨桿交錯布置，相鄰排距調(diào)整為0.5 m，減少空頂?shù)膽翼斆娣e。錨索布置按照間排距1.6 m×3 m 設(shè)計，規(guī)格為φ21.8 mm×8 m，呈“三花眼”交替施工。

（2）擴(kuò)刷巷道幫部支護(hù)主要采用錨桿、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)形式，幫錨打設(shè)間排距為1 m×1.2 m，上排錨桿距頂板0.5 m，幫錨規(guī)格為φ20 mm×2.0 m。

（3）由于擴(kuò)巷后巷道斷面增大，為加強(qiáng)對煤壁一側(cè)的支護(hù)強(qiáng)度，采用增打單體液壓支柱的方式，避免煤壁外鼓造成片幫。在采空區(qū)側(cè)和擴(kuò)幫線下同樣打設(shè)一排單體液壓支柱，單體柱間距為2 m，上方使用小方木支撐頂板，若底板巖石較軟時，可增加道木為墊板，提高單體柱載荷。此外，在原巷道中心基線段使用木垛進(jìn)行“井”字型絞架，木垛靠近擴(kuò)幫線內(nèi)側(cè)，距離老空2.5 m，間距10 m 打設(shè)一組木垛。擴(kuò)刷斷面支護(hù)效果如圖1 所示。

圖1 擴(kuò)刷巷道支護(hù)效果

2.3 舊工藝擴(kuò)刷安裝缺點(diǎn)

（1）按照舊工藝組織擴(kuò)刷巷道，需要正常掘進(jìn)后進(jìn)行小斷面擴(kuò)幫，同時設(shè)備需要拆裝兩次，擴(kuò)幫周期長、工序多，支護(hù)條件復(fù)雜。

（2） 在原巷道與擴(kuò)刷巷道的支護(hù)基礎(chǔ)上，大斷面巷道所需投入的材料成本和人工成本較高，頂幫部錨桿預(yù)計打設(shè)2 816 根，鋼帶需要528 條，錨索打設(shè)440 根，材料費(fèi)用約為41.2 萬元。設(shè)備多次拆裝轉(zhuǎn)場、調(diào)向運(yùn)輸?shù)裙ば蚨夹枰度氪罅康娜肆?，不僅增加安全風(fēng)險，也增加職工的勞動強(qiáng)度。

（3）經(jīng)過切眼擴(kuò)刷后，斷面積增加到了35 m2，掘進(jìn)期間對頂幫煤巖體已經(jīng)造成了一定程度的擾動影響，錨桿、錨索若支護(hù)不及時很可能造成頂板下沉、圍巖變形、煤壁片幫等現(xiàn)象，需要投入二次時間和物資成本進(jìn)行維護(hù)修巷，延緩了切眼安裝液壓支架的時間周期，不能盡早形成可采工作面，影響了采面接替。

3 無錨支護(hù)一體化施工工藝

針對原擴(kuò)刷安裝工藝存在問題弊端，經(jīng)過分析，提出無錨支護(hù)一體化施工工藝，新工藝可縮減時間成本和材料投入消耗。

3.1 準(zhǔn)備工序

（1）3303 工作面切眼在貫通后及時拆除原巷道內(nèi)的所有運(yùn)輸和機(jī)械設(shè)備，將綜掘機(jī)回撤至切眼口處，收縮在運(yùn)輸順槽安裝的SSJ-800 型皮帶輸送機(jī)至采面煤壁側(cè)。

（2）在切眼兩端頭的絞車鉆場內(nèi)各安裝一部40 t 回柱絞車，在切眼擴(kuò)刷段巷道內(nèi)中部安裝一臺25 t 雙向調(diào)度絞車，設(shè)備布置如圖2 所示。

圖2 3303 工作面兩巷及切眼設(shè)備布置

（3）在切眼原掘進(jìn)巷道內(nèi)鋪設(shè)一條單軌道，距離擴(kuò)幫側(cè)2 m 左右，軌距為0.8 m，端頭在3303工作面回風(fēng)順槽與切眼口處，向外鋪設(shè)延伸至運(yùn)輸順槽內(nèi)，并在安裝硐室的支架組裝點(diǎn)布置液壓叉車。

（4）在運(yùn)輸順槽與切眼擴(kuò)幫處，沿回采煤壁一側(cè)布置,安裝一臺P-60B 型耙?guī)r機(jī)，與運(yùn)輸順槽內(nèi)皮帶輸送機(jī)配合使用。

3.2 切眼擴(kuò)刷安裝工藝

（1）在運(yùn)輸順槽向切眼刷幫開口前，采用炮掘工藝掘進(jìn)約10 m，擴(kuò)刷巷寬4 m，布置兩排炮眼，每排炮孔設(shè)計5 個，炮眼深度1 m，間排距為1.2 m×2 m，分段起爆，對煤體實(shí)施松動爆破。

（2）松動爆破擴(kuò)刷巷道達(dá)到10 m 指定位置后，利用耙?guī)r機(jī)清理浮煤浮矸，場地清理結(jié)束后，拆除耙?guī)r機(jī)，替換安裝液壓裝載機(jī)。

（3）3303 工作面切眼在已擴(kuò)刷區(qū)域內(nèi)打設(shè)單體液壓支柱，配合使用3.5 m 長的π 型梁，按照“一梁三柱”方式對頂板加強(qiáng)支護(hù)，單體柱打設(shè)間排距為1.5 m×1 m。然后，繼續(xù)向前擴(kuò)刷6 m 后停掘，后巷開始準(zhǔn)備液壓支架的入場工作。將分裝好的液壓支架依次運(yùn)輸至安裝硐室內(nèi)，在組裝點(diǎn)起吊安裝，將支架上下體合并組裝后，沿運(yùn)輸順槽已鋪設(shè)的軌道由牽引絞車?yán)浦燎醒蹆?nèi)，在運(yùn)輸順槽與切眼口的下端頭卸車。

（4）拆除端頭原打設(shè)的木垛和單體柱，使用回柱絞車和調(diào)向調(diào)度絞車共同牽引，將第一個過渡支架牽引到指定安裝位置，確保支架垂直煤壁方向，且及時校正支架安裝中線是否合格?；爻穯误w柱后，由液壓支架擔(dān)負(fù)起頂板的支護(hù)作用[4]。液壓支架安裝效果如圖3 所示。

圖3 液壓支架安裝效果平面

（5）按照上述方法，安裝第一組支架后，依次安裝第二組、第三組支架，為滿足支架安裝與巷道擴(kuò)刷的平行作業(yè)，要求支架安裝進(jìn)度始終滯后擴(kuò)幫段不小于6 m 的距離。為減小大型運(yùn)輸設(shè)備對空間的占用，影響支架裝卸調(diào)向，在擴(kuò)幫段巷道一側(cè)鋪設(shè)一部40 t 溜子，用于擴(kuò)刷出煤使用，溜子緊跟液壓裝載機(jī)向前鋪設(shè)延伸，直至巷道擴(kuò)刷貫通結(jié)束。

3.3 安全操作注意事項(xiàng)

（1）擴(kuò)幫采用松動爆破的作業(yè)方式時，務(wù)必確保炸藥按照正向裝藥起爆順序，炮泥封孔長度不小于0.5 m，炮眼口放置水炮泥。爆破前必須對現(xiàn)場單體柱進(jìn)行認(rèn)真檢查，防止出現(xiàn)卸載情況，導(dǎo)致炮后頂板冒落，失去支護(hù)強(qiáng)度。對現(xiàn)場電纜、風(fēng)水管路、信號線、監(jiān)測線和探頭等加強(qiáng)防護(hù)保護(hù)，避免出現(xiàn)崩落或破口現(xiàn)象，造成數(shù)據(jù)無法監(jiān)測上傳。嚴(yán)格執(zhí)行“三人連鎖”爆破管理制度[5]。

（2）安裝液壓支架前，應(yīng)做好高壓管路的鋪設(shè)準(zhǔn)備工作，檢查乳化液泵站電纜、開關(guān)、液壓管路是否到位，并進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）安裝液壓支架時需合理使用調(diào)度絞車和回柱絞車，防止在轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)向過程中碰到單體柱，支架到位后，應(yīng)及時補(bǔ)充乳化液，將立柱升緊打牢，貼合頂板，達(dá)到工作阻力和支架初撐力，嚴(yán)禁出現(xiàn)空頂現(xiàn)象。

（4）采用單體柱和木垛加固頂板時，若出現(xiàn)頂板巖石破碎、煤壁片幫等嚴(yán)重情況時，應(yīng)采取補(bǔ)打錨桿和錨索的方法對頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，還可采取頂板破碎帶施工鉆孔注漿的方法進(jìn)行加固，確保安裝支架期間不會出現(xiàn)冒頂?shù)劝踩鹿省?/p>

4 應(yīng)用效果分析

1）同等條件下切眼擴(kuò)刷巷道原來需用時35天左右，安裝液壓支架需要25 天，合計工期為60 天。經(jīng)過采用新技術(shù)工藝，切眼擴(kuò)刷巷道不再使用頂板支護(hù)方式，減少支護(hù)工序的時間影響，提高了擴(kuò)幫速度，且巷道擴(kuò)刷與支架安裝可以平行作業(yè)，工作面具備回采條件共用時42 天，與原工藝相比縮短了近18 天的工期。

2）采用無錨支護(hù)一體化施工工藝，降低切眼擴(kuò)刷段巷道的支護(hù)材料投入成本，頂板不再打設(shè)錨桿、錨索，只對幫部施工錨網(wǎng)，累計可節(jié)約生產(chǎn)成本14.2 萬元，簡化了工藝流程，提高擴(kuò)幫效率。

3）在實(shí)現(xiàn)快速擴(kuò)幫的基礎(chǔ)上，后巷液壓支架緊隨巷道進(jìn)行安裝，縮短懸頂時間，減小對頂板完整性的破壞影響，且液壓支架頂梁面積較大，工作阻力也更高，相較于單體液壓支柱具有更強(qiáng)的支護(hù)效果。切眼擴(kuò)刷段巷道由于未采取任何錨桿、錨索支護(hù)措施，在初采初放期間，頂板更容易自然垮落，避免因大面積懸頂不垮落而導(dǎo)致頂板事故的發(fā)生，更有利于采空區(qū)的頂板管理，提高生產(chǎn)安全可靠性。

5 結(jié)語

伯方煤礦3303 工作面采用無錨支護(hù)一體化施工工藝，對原切眼擴(kuò)刷、支架安裝的工藝進(jìn)行大膽實(shí)踐創(chuàng)新，取得良好的效果。對切眼擴(kuò)刷段巷道采用快速掘進(jìn)和無支護(hù)的方式，減小對頂板的擾動影響；液壓支架的快速安裝進(jìn)場，提高了對頂板的支護(hù)強(qiáng)度；且調(diào)度絞車與回柱絞車的配合使用，也大大提高了支架安裝的工作效率。實(shí)踐證明，無錨支護(hù)一體化施工工藝有效降低了材料投入的成本，縮短了安裝周期，為工作面具備采煤條件創(chuàng)造有利基礎(chǔ)。