巷道过松软破碎煤层带掘进与支护技术研究_高强.pdf

巷道过松软破碎煤层带掘进与支护技术研究高强（山西汾西矿业集团柳湾煤矿，山西孝义032300）摘要：针对 31107 回风巷在掘进期间遇松软破碎煤层带，由于掘进及支护方式与现场条件不匹配，导致掘进过程中面临掘进效率低下、围岩变形严重以及安全风险高等问题，提出针对性的掘进、支护方案，并进行工程应用。结果表明，所提出的掘进及支护技术可提高巷道在松软破碎煤层中的掘进效率，并实现对巷道围岩的有效控制。关键词：巷道掘进松软煤层掘进进尺围岩支护中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0280-02引言随着矿井采掘范围以及开采深度增加，浅部地质构造不发育、赋存条件较好资源逐渐枯竭，矿井在深部开采时面临地质构造发育、围岩破碎、地应力大等影响，巷道掘进围岩控制难度高1-3。现有的巷道掘进以及围岩控制技术难以适应松软破碎煤层巷道掘进围岩控制需要。山西某矿现阶段主采的 11 号煤层埋深均值为 620 m，煤层赋存条件更趋复杂，11 号煤层31107 回风巷沿着 11 号煤层底板掘进，在掘进过程中遇地质构造引起的松软煤层破碎带，在对现场条件分析基础上提出综合使用短掘短支、机载超前支护、锚网索支护等方式掘进及控制围岩，应用效果显著。131107 综采工作面工程概况31107 综采工作面设计回采长度 2 850 m、采面长 220 m，开采的 11 号煤层赋存较为稳定，煤层埋深均值 620 m、厚度 2.6 m、倾角 12，煤层顶底板为泥岩、砂质泥岩以及粉砂岩。31107 回风巷沿 11 号煤底板掘进，采用综掘方式、锚网索方式支护围岩，矩形断面（巷高 2.6 m、巷宽 4.0 m）。根据邻近采面以及其他巷道掘进揭露显示，在 31107 综采工作面回采范围内会有煤层松软破碎带，影响宽度约为 189 m。当 31107回风巷在煤层松软破碎带内掘进时，受到煤层破碎、埋深较大等影响，巷道围岩变形严重，掘进效率低下。2巷道在松软破碎煤层掘进及支护面临的问题1）巷道掘进。31107 回风巷采用综掘方式掘进，一掘一支，单个掘进循环进刀 2 次，循环进尺深度为1.6 m。当回风巷掘进至煤层松软破碎带内时，顶板岩层容易出现离层显现且伪顶厚度超过 800 mm，综掘机截割齿在破煤期间容易引起顶板伪顶垮落，导致顶底板高低不平，不仅巷道顶板不平整，而且增加了后续顶板支护难度；煤体松软破碎，容易片帮。在巷道掘进过程中面临巷道成型困难、掘进效率低等问题。2）超前临时支护。以往巷道掘进通过轻型单体液压支柱方式控制迎头顶板，但是受到迎头顶板破碎、松软等因素影响，在循环割煤完成后，由于围岩应力重新调整，在临时支护期间顶板容易离层、冒落，给临时支护工作带来一定安全风险。3）永久支护。巷道以往采用锚网索支护方式，但是在煤层松软破碎带范围内顶板伪顶厚度增加，伪顶容易脱落；其次在巷道已支护完成段，围岩变形呈现底鼓、巷帮移近量大等特点，同时顶板岩层出现离层，部分位置需要二次支护。通过上述分析，提出用短掘短支方式，并通过机载超前支护、优化锚网索支护等方式控制围岩。3巷道掘进及支护技术3.1掘进及超前支护3.1.1巷道掘进31107 回风巷采用型号 EBZ-132 掘进机沿着 11号煤底板掘进，掘进机可实现割煤、自行装煤。针对松软破碎煤层带内顶板破碎、容易离层等问题，掘进采用短掘短支方式，将以往掘进循环进尺由 1.6 m 缩小至 0.8 m；在掘进初期运煤用 SGB-420 刮板机，后期运煤配合用 DSJ80/40/240 输送机。具体巷道掘进涉及到的流程包括有：开机前准备瓦斯浓度检查综掘机截煤、装煤及外运退机（截割头以及铲板落地）敲帮问顶迎头临时支护围岩永久支护。3.1.2超前临时支护针对巷道掘进迎头控顶距离大、临时支护无法及时跟进以及顶板垮落、煤壁片帮风险高等问题，对临时支护工艺进行革新，具体借助机载超前支护设备实现超前支护。具体临时超前支护工艺为：1）在截割部安装主梁跟顶支梁架，通过液压手柄控制其运行；超前临时支护时将手柄移到支护位置后液压系统即会给超前临时支护系统供油。将永久支护用的金属网、钢带等按照设计位置摆放，当超前临时支架升起后即可将金属网、钢带等暂时固定到设计位置。2）在临时支架升起过程中，通过调整液压控制手柄确保支架顶梁中心与巷道中心位于同一直线上，将收稿日期：2022-03-01作者简介：高强（1981），男，山西寿阳人，本科，毕业于太原理工大学采矿工程专业，工程师，从事矿山采掘工作。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.113技术应用2023 年第 2 期金属网及钢带紧紧固定到顶板上；调整护帮液压支架手柄将护帮帮紧靠近迎头煤壁上；最后施工顶板锚杆实现迎头永久支护。具体迎头超前支护如图 1 所示。3.2锚网索支护优化根据现场条件并依据工程类比法优化巷道锚网索支护参数。结合弹塑形方法以及现场情况，确定巷道顶板松动圈约 1 080 mm，取锚杆锚固、外露长度分别为 700 mm、100 mm，则锚杆长度应保持在 2 200mm 以上。采用锚网索支护方式控制围岩，具体支护断面及其支护参数如图 2 所示。1）顶板用高强锚杆（20 mm2 200 mm）、M钢带（长度 4.0 m）、金属网（网片 1 000 mm2 200 mm）支护，间排距为 750 mm、800 mm，锚固用 2 支锚固剂（型号分别为 MSCK2350、MSM2350）；巷帮用高强锚杆（18 mm2 200 mm）、M钢带（长度 4.0 m）、金属网支护，巷帮锚杆间排距均为 800 mm，锚固用 2 支型号 MSM2350 锚固剂。2）采用锚索、钢梁组合方式对顶板补强支护，支护采用的锚索为 18.9 mm6 300 mm钢绞线、钢梁为 12 号槽钢，钢梁长度 3 000 mm、钢梁上孔距为1 300 mm，布置形式一梁三索，间排距为 1 300 mm、1 500 mm，锚固用 3 支 MSM2350 锚固剂；巷帮可依据需要采用锚索梁进行补强支护。4应用效果分析在 31107 回风巷采用短掘短支掘进方式，并对超前临时支护、围岩永久支护参数进行优化后，巷道掘进效率以及围岩控制效果得以有效提升。在巷道掘进过松软破碎煤层段内时，监测巷道围岩变形，发现巷道顶板、巷帮最大变形量分别为 50 mm、28 mm；巷道未出现冒顶情况，同时掘进进尺仍可保持 10 m/d，现场应用取得较好效果。5结语巷道在松软破碎煤层中掘进时，面临掘进迎头顶板冒落、煤壁片帮、围岩变形严重以及掘进效率低下等问题，严重制约巷道掘进效率，并给掘进带来一定安全风险。依据现场情况并结合工程类比法，对巷道掘进及支护技术进行分析，具体采用短掘短支技术降低掘进迎头控顶距，避免迎头顶板在掘进压力作用下出现冒落或者变形严重问题；对超前临时支护方式进行革新，采用机载超前临时支护设备提高临时支护效果以及安全性；对巷道支护参数进行优化，使得围岩支护参数与松软破碎煤层相适应，提高围岩控制效果。现场应用后，巷道掘进进尺仍可保持 10m/d，掘进期间巷道围岩变形量较小，现场应用取得较为显著成果。参考文献1申继伟，琚红波.松软破碎煤层巷道掘进和支护施工技术研究J.煤，2017，26（5）：38-39.2刘志炜.浅析松软破碎煤层巷道掘进和支护施工技术J.技术与市场，2015，22（9）：104-106.3张明禄，梁雷，张新过，等.松软破碎煤层巷道掘进与支护技术研究J.煤炭工程，2015，47（6）：43-45.（编辑：贾娟）1-1平面图1-2剖面图图 1迎头超前支护示意图（单位：mm）600 8005003257504 4003 4009001 100钢带掘进机2 9003 600工作面掘进机图 2支护断面图（单位：mm）锚索 18.96 300高强锚杆1 500高强锚杆182 200182 200151515750125槽钢梁15金属网+M钢带400400水沟4 0004 20015152007008002 800700Research on Tunneling and Support Technology of Roadway Over Loose and Broken CoalSeam BeltGao Qiang（Liuwan Coal Mine,Shanxi Fenxi Mining Group,Xiaoyi Shanxi 032300）Abstract:For the 31107 return air tunnel,the tunneling and support method does not match with the site conditions,resulting in lowtunneling efficiency,serious surrounding rock deformation and high safety risk during the tunneling process.A targeted tunneling andsupport plan was proposed and applied to the project.The results show that the proposed tunneling and support technology can improve theefficiency of tunneling in soft and broken coal seams and achieve effective control of the roadway surrounding rock.Key words:roadway boring;soft coal seam;boring scale;rock support高强：巷道过松软破碎煤层带掘进与支护技术研究281