大斷面切巷刷安一體及無錨支護技術應用

許 起

（長春興煤業有限公司，山西 大同 037101）

0 引言

大斷面切巷快速施工對切巷圍巖控制、施工周期、采掘銜接具有重要意義，我國多數煤礦對切巷主要采用一次性全斷面掘進和分段掘進兩種施工方案，無論哪種施工方案都需對切巷圍巖進行支護，待切巷施工完后依次安裝設備，但是傳統切巷施工時存在很多技術難題，主要表現在以下幾方面：①切巷施工周期長，對采掘銜接影響大；②切巷施工時圍巖支護數量多，增加了支護成本費用；③切巷斷面大，支護效果差，圍巖變形嚴重等，不利于煤礦安全高效生產；本文以長春興煤礦307工作面為研究對象，對工作面大斷面切巷施工工藝進行優化，提出了刷安一體及無錨支護技術。

1 概述

長春興煤業有限公司307工作面位于井田南盤區，工作面東部為英格寨煤礦采空區，南部為303采空區，西部為盤區大巷。

307工作面設計走向長度為1 970 m，傾向長度為230 m，回采煤層為22號層，平均厚度為9.76 m，平均傾角為2°，22號層布置在石炭系太原組中下部，煤層結構復雜，煤層內含多層夾矸，夾矸總厚度為1.6 m，以砂質泥巖為主；22號層頂底板巖性見表1。

表1 22號煤層頂底板巖性匯總表

307切巷設計長度為230 m，設計斷面規格為寬×高=9.5 m×3.7 m，切巷采用大斷面掘進小斷面刷幫施工，掘進寬度為5.5 m，刷幫寬度為4.0 m；截止2020年2月17日307切巷掘進貫通施工，準備擴幫施工。

2 切巷初步施工方案及支護技術

2.1 切巷初步施工方案

307切巷主要采用掘進機進行掘進，先施工采空區側后擴刷煤壁側，掘進側切巷掘進時在切巷及運輸順槽內安裝1部SSJ-800型帶式輸送機，2部帶式輸送機聯合出煤，當切巷貫通后，撤出切巷內帶式帶式輸送機、轉載機，并將掘進機回撤至切巷口處，然后將運輸順槽內帶式輸送機縮尾至切巷煤壁幫處，縮移距離為4.0 m；在切巷口處重新安裝轉載機以及帶式輸送機進行擴幫施工。

2.2 支護設計

1）支護支護設計：601切巷掘進期間切巷頂板主要采W型鋼帶、無縱筋螺紋鋼錨桿、組合錨索聯合支護:掘進段切巷頂板采用的W型鋼帶長度為5.0 m，寬度為0.28 m，每根鋼帶配套7根長度為2.5 m，直徑為22 mm錨桿，錨桿布置間排距為：間距×排距=0.8 m×1.0 m，如圖1所示，擴幫側頂板安裝的W型鋼帶長度為4.2 m，每根鋼帶配套6根錨桿，錨桿布置間排距為：間距×排距=0.8 m×1.0 m，掘進側與擴幫側頂板鋼帶交錯布置；切巷頂板組合錨索采用“三.二.三”布置方式，組合錨索布置間距為1.6 m，排距為3.0 m，錨索長度為8.3 m，直徑為21.8 mm。

圖1 307切巷初步支護設計斷面示意圖

2）巷幫支護：切巷采空區側巷幫主要采用金屬網、鋼錨桿聯合支護，共布置三排護幫，護幫排距為1.2 m，間距為1.0 m，第一排施工在距頂板0.5 m處，鋼錨桿長度為2.0 m，直徑為20 mm；煤壁側巷幫采用塑料網、玻璃鋼錨桿支護，玻璃鋼錨桿長度2.0 m，直徑為18 mm，配套直徑為20 mm玻璃托盤，支護設計與采空區相同。

3）切巷加強支護：為了進一步提高切巷頂板整體穩定性，切巷施工完后在切巷內支設3排單體液壓支柱和1排“井”字形木垛進行加強支護；第一排單體柱支設在距采空區側巷幫1.0 m處，相鄰2排單體柱布置排距為3.5 m，單體柱布置間距為2.0 m；木垛布置在機械掘進側切巷道內，距采空區側巷幫間距為2.5 m，布置間距為10 m。

2.3 原施工工藝主要存在的問題

1）擴幫周期長：長春興煤礦303、305工作面主要采用分斷面施工，先大斷面掘進后小斷面擴幫，當大斷面掘進到位后需將所有設備（帶式輸送機、轉載機、掘進機）拆除搬運至切巷口處重新安裝，然后繼續擴幫施工，采用該施工工藝時，擴幫周期長，而且擴幫后需二次拆除設備，最后方可安裝液壓支架、刮板輸送機、采煤機等，施工工序復雜。

2）支護成本費用高：采用傳統施工工藝時，擴幫區域頂板每排布置5根錨桿、1根W型鋼帶以及1組組合錨索；巷幫每排布置4根玻璃鋼錨桿，按切巷長度為230 m計算，共計需施工頂板錨桿1 725根，頂組合錨索230組，玻璃鋼錨桿920套，W型鋼帶230根，支護費用達39.4萬元，支護成本費用高。

3）勞動作業強度大：切巷傳統擴幫施工時，切巷設備安裝次數多、圍巖支護數量大，造成施工人員勞動作業強度、勞動費用高。

4）圍巖變形嚴重：由于切巷施工斷面，303、305切巷施工斷面面積達35 m3，采用分斷面進行施工時所有巷道頂板采用錨桿（索）支護，但是大斷面施工時頂板支護與擴幫施工時頂板支護不連續，錨桿（索）在圍巖內無法形成連續穩定的承載梁結構，降低了圍巖支護強度，而切巷施工完后在安裝綜采設備期間周期為30～50 d，在此期間切巷內產生卸壓作用，導致圍巖變形嚴重，主要表現在頂板下沉、斷裂，煤壁片幫等。

3 切巷刷安一體及無錨支護技術

根據305、303工作面切巷采用傳統施工工藝來看，切巷在施工過程中主要存在的問題表現在以下幾方面：切巷施工周期長、支護勞動強度大、工序復雜、支護成本費用高以及切巷頂板破碎下沉等，對此長春興煤礦通過技術研究，對原切巷施工工藝進行優化，提出了切巷刷安一體及無錨支護技術。

3.1 準備工作

1）307切巷機械掘進貫通后拆除原切巷內帶式輸送機、轉載機，并將掘進機后退至切巷口處，同時將運輸順槽內SSJ-800型帶式輸送機縮尾至工作面煤壁側。

2）在切巷頭尾絞車硐室內各安裝1臺40 kW回注絞車，在工作面中部擴幫側安裝1臺25 kW雙向絞車，其中尾部以及工作面絞車出繩方向朝頭部，頭部絞車出繩方向朝運輸順槽內，如圖2所示。

圖2 307切巷軌道鋪設、絞車安裝平面示意圖

3）在切巷距擴幫側2.0 m處安裝軌道，規矩為0.9 m，在運輸順槽非煤壁側安裝同類型軌道，在運輸順槽組裝硐室內組裝液壓支架叉車。

4）在切巷擴幫口處安裝1臺P-60B型礦用隔爆型耙巖機，耙巖機與運輸順槽內帶式輸送機搭接。

3.2 切巷擴刷、支架安裝工藝

1）在前10 m范圍內307切巷采用松動爆破施工，每排布置5個松動爆破孔，共計布置2排，孔深為1.0 m，間距為1.2 m，排距為2.0 m，每個炮孔安裝1支礦用乳化炸藥以及毫秒延期電雷管。

2）松動爆破擴幫后采用P-60B型耙巖機就是清理工作面內煤矸，當松動爆破擴幫長度達10 m后及時拆除切巷內耙巖機，并在切巷內安裝1臺液壓裝載機。

3）307切巷擴幫完成后在切巷口5.0 m范圍內，擴幫區域頂板主要采用單體液壓支柱配合π型頂梁進行支護，采用“一梁三柱”支護方式，其中單體柱布置間距為1.5 m，頂梁長度為3.5 m，支護布置排距為1.0 m。

4）307切巷擴幫施工至6.0 m處時停止施工，將單體液壓支架運輸至組裝硐室口處，并裝車至支架叉車內，然后通過軌道將支架運輸至切巷口卸車。

5）液壓支架卸車后利用機頭處回柱絞車以及工作面內雙向絞車對液壓支架調向，調向后保證支架與煤壁垂直，調向完成后及時回撤切巷口3組單體柱支護，然后利用機尾處回柱絞車將液壓支架拉至空頂區對頂板及時支護，如圖3所示。

圖3 切巷擴刷、支架安裝施工平面示意圖

6）第一架支架安裝到位后依次安裝第二架、第三架；液壓支架滯后擴幫面5.0 m，擴幫10 m后在擴幫側安裝1部40T刮板輸送機，輸送機與運輸順槽帶式輸送機搭接聯合出煤，采用液壓裝載機擴幫。

3.3 施工注意事項

1）擴幫施工時采用松動爆破施工工藝，采用正向裝藥方式，爆破孔必須采用水炮泥進行封孔，封孔長度不得低于0.6 m，爆破施工前必須對切巷口電纜、信號線以及設備采用廢舊皮帶進行包裹，爆破施工嚴格執行“一炮三檢、三人聯鎖”放炮制度。

2）在支架安裝前應將乳化泵站、開關等設備安裝導致，并鋪設液壓管路至切巷口處；擴幫施工時嚴禁空頂作業頂板最大空頂距不得超過0.5 m，擴幫距離達3個支架寬度時及時安裝支架，支架安裝后必須及時升架，打開護幫板，保證支架具有足夠初撐力、工作阻力。

3）在進行擴幫施工時，若頂板破碎、煤壁片幫嚴重且采用單體柱無法及時維護時，應對頂板、煤壁采用錨桿（索）加強支護，必須時可對破碎圍巖進行注漿加固。

4）為了保證擴幫施工安全，在擴幫前需對切巷口處采用錨索吊棚進行鎖口施工，切巷口處施工2架錨索吊棚，每架錨索吊棚采用1根長度為4.0 m工字鋼梁和3根長度為8.0 m，直徑為21.8 mm錨索組成。

4 實際應用效果評價

截止2020年3月29日307切巷擴幫到位且工作面135架支架全部安裝到位，通過與傳統切巷施工工藝相比，切巷刷安一體及無錨支護技術應用后取得了顯著應用成效。

1）縮短了施工周期：傳統工藝擴幫施工時周期為32 d，液壓支架安裝周期為25 d，而采用切巷刷安一體技術后減少了擴幫側頂板支護時間，實現了擴幫與支架安裝同步進行，大大縮短了切巷施工及支架安裝時間，通過307切巷施工現場來看，僅需44 d即可完成，縮短了13 d。

2）降低了支護成本費用：切巷采用傳統施工工藝時，擴幫側頂板共計施工230根鋼帶，1 380根頂板錨桿以及180組組合錨索，支護費用達54萬元，而采用無錨支護技術后，切巷擴刷后頂板采用液壓支架以及液壓支柱支護，可降低支護成本費用為49.6萬元，而且簡化支護工序，降低了支護勞動作業強度。

3）提高切巷頂板穩定性：切巷采用傳統施工工藝時，雖然頂板施工了大量錨桿、錨索支護，但是由于切巷斷面大，切巷施工后頂板暴露時間長，導致切巷頂板出現卸壓現象，造成頂板破碎、垮落，不利于后期設備安裝；而采用切巷刷安一體后，切巷施工后及時采用液壓支架進行支護，縮短了切巷頂板暴露時間，提高切巷支護強度，有效防止了頂板破碎現象。

5 結束語

長春興煤礦對307切巷施工工藝進行優化，采取切巷刷安一體及無錨支護技術后有效提高了切巷及支架安裝速度，減少了支護成本費用，保證了切巷施工安全，可對該技術在煤炭行業進行推廣應用，對煤礦安全高效生產具有重要意義。