輕放工作面切眼施工技術(shù)的應(yīng)用

范寶強(qiáng)

潞安溫莊煤業(yè)是一座設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.2 Mt/年的礦井，150201綜采輕放工作面位于15號(hào)煤層2采區(qū)，走向長(zhǎng)度580 m，工作面傾斜長(zhǎng)140 m，煤厚 4.35 m ～5.37 m，平均厚 4.6 m，煤層傾角5°～14°，平均為8°。15號(hào)煤層偽頂為泥巖，直接頂為砂巖，平均厚度6.16 m，老頂為粉砂巖。為保證工作面正常銜接，及時(shí)安裝采煤機(jī)組、液壓支架，采煤作業(yè)時(shí)人員行走安全、通風(fēng)良好，設(shè)計(jì)了150201工作面切眼，現(xiàn)將該切眼的施工技術(shù)介紹如下。

1 概況

150201工作面切眼設(shè)計(jì)為矩形斷面，寬7 m或6 m，高2.5 m，凈斷面19 m2。

2 施工工藝

2.1 掘進(jìn)與支護(hù)

1)掘進(jìn)條件制約，7600mm寬的切眼不可能一次掘夠?qū)挾?。采用?dǎo)硐與刷幫結(jié)合方式:先施工4400mm寬，后擴(kuò)幫3200mm寬，高度一次成巷。首先選用ABM20S型掘錨一體機(jī)及配套設(shè)備導(dǎo)硐施工。使用ABM20S型掘錨一體機(jī)完成割煤和裝煤及臨時(shí)支護(hù)、永久支護(hù)工序，破碎機(jī)破碎、轉(zhuǎn)運(yùn)。具體為:每次掘進(jìn)前，司機(jī)將掘錨一體機(jī)調(diào)整到巷道前進(jìn)方向的中間位置，按由左向右，由上向下的順序割煤，逐步擴(kuò)大到設(shè)計(jì)斷面4400mm的要求。循環(huán)截割深度不大于1000mm。截割下的煤落在裝煤鏟板上，同時(shí)圓盤耙桿連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將煤炭送入刮板輸送機(jī)并轉(zhuǎn)載至150201回風(fēng)順槽破碎機(jī)處，再利用150201皮帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至1502運(yùn)輸大巷處的皮帶輸送機(jī)運(yùn)出。采用掘錨機(jī)自帶頂護(hù)板完成臨時(shí)支護(hù)，最大控頂距離為2300mm。每一循環(huán)截割完畢后施工人員將鋼筋網(wǎng)及鋼筋托梁放在頂板液壓支撐架橫梁上，然后靠?jī)蓚€(gè)液壓缸頂起液壓支撐架到頂板。兩個(gè)尾部液壓穩(wěn)定架缸穩(wěn)定住掘錨機(jī)，并且輔助支撐頂板。在液壓缸頂起液壓支撐架到頂板的同時(shí)，錨桿機(jī)開始永久支護(hù)工作。截割結(jié)束并進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)后，開始進(jìn)行頂、幫永久支護(hù)。頂錨桿及兩幫最上兩排錨桿緊跟迎頭，兩幫錨桿中最下兩排錨桿滯后迎頭不得超過(guò)15 m。錨索永久支護(hù)滯后工作面迎頭不得超過(guò)30 m。

2)在距離4400mm導(dǎo)硐成巷施工50 m之后(掘進(jìn)機(jī)滯后掘錨一體機(jī)的距離不小于50 m)，采用S150J型掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行3200mm的擴(kuò)幫施工，采用由下向上左右循環(huán)截割。通過(guò)掘進(jìn)機(jī)將煤運(yùn)輸至切眼導(dǎo)硐掘進(jìn)使用的刮板輸送機(jī)運(yùn)出。采用金屬前探梁平行前移至工作面進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，循環(huán)進(jìn)度為1000mm，最大控頂距離為1800mm。截割結(jié)束并進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)后，及時(shí)進(jìn)行頂、幫永久支護(hù)。錨索永久支護(hù)滯后迎頭不得超過(guò)30 m。

2.2 頂幫管理

2.2.1 支護(hù)形式

1)采用“高強(qiáng)錨桿+鋼筋托梁+網(wǎng)+玻璃鋼錨桿+錨索”聯(lián)合支護(hù)。支護(hù)材料為頂板采用螺紋鋼錨桿、工作面推進(jìn)方向煤幫采用玻璃鋼錨桿、擴(kuò)幫側(cè)老塘煤幫采用圓鋼錨桿、鋼絞線錨索、鐵托板、鋼筋托梁、金屬網(wǎng)、木托板，塑料網(wǎng)等。

2)當(dāng)利用掘錨機(jī)導(dǎo)硐掘進(jìn)4400mm寬巷道時(shí)，巷幫布置φ20×2000mm的玻璃鋼錨桿，間排距為1000mm×1000mm，每根錨桿安裝2支Z2350的樹脂藥卷;頂板采用φ20×2500mm的螺紋鋼樹脂錨桿，錨桿間排距為800mm×800mm，每根錨桿安裝4支Z2350的樹脂藥卷，每根錨桿使用一塊150mm×150mm×10mm鐵托板。

3)當(dāng)利用掘進(jìn)機(jī)二次施工切眼寬度符合要求后，擴(kuò)幫側(cè)老塘煤幫使用φ20×2000mm圓鋼錨桿，間排距為1000mm×100mm，每根錨桿安裝2支Z2350的樹脂藥卷，每根錨桿使用一塊400×200×50木托板配合一塊150mm×150mm×10mm鐵托板;頂板采用φ20×2500mm的螺紋鋼樹脂錨桿，錨桿間排距為800mm×800mm，每根錨桿安裝4支Z2350的樹脂藥卷，每根錨桿使用一塊150mm×150mm×10mm鐵托板。

4)錨索規(guī)格為φ17.8mm，鋼絞線長(zhǎng)8300mm，錨索間排距為1800mm×2000mm。導(dǎo)硐施工時(shí)距切眼左幫200mm，2000mm和3800mm處補(bǔ)打錨索，錨索托梁長(zhǎng)度為2200mm;二次擴(kuò)幫施工時(shí)，距切眼右?guī)?00mm，2000mm處補(bǔ)打錨索，錨索托梁長(zhǎng)度為3800mm，2200mm的錨索托梁支護(hù)距離迎頭不超過(guò)30 m，4400mm的錨索托梁支護(hù)距離迎頭不超過(guò)50 m。施工達(dá)寬度后在切眼中間支設(shè)1排單體液壓帶帽點(diǎn)柱，間距為1000mm。最終成巷后巷寬7600mm，總支護(hù)布置為:頂板錨桿9根/排、兩幫錨桿3根/排、錨索5根/排、單體液壓支柱1根/m。

2.2.2 支護(hù)機(jī)理

1)導(dǎo)硐每掘進(jìn)2.3 m后采用錨桿進(jìn)行永久支護(hù)，擴(kuò)幫每掘進(jìn)1.8 m后采用錨桿進(jìn)行永久支護(hù)，頂板短時(shí)暴露尚未下沉或未出現(xiàn)離層時(shí)就及時(shí)安裝上錨桿，進(jìn)行懸吊、擠壓加固，保證淺部頂板的完整性及相對(duì)穩(wěn)定性。

2)錨索支護(hù)彌補(bǔ)了錨桿長(zhǎng)度不足和預(yù)應(yīng)力小的缺點(diǎn)，錨索預(yù)應(yīng)力大、承載能力強(qiáng)。實(shí)質(zhì)是把錨索深入到深部穩(wěn)定巖層中，對(duì)被加固的巖體預(yù)先施加壓應(yīng)力，限制巖體的松動(dòng)變形，從而保證圍巖穩(wěn)定。當(dāng)錨桿支護(hù)形成的壓縮圈厚度小于松動(dòng)圈厚度時(shí)，錨桿支護(hù)的懸吊作用減弱，頂板會(huì)離層脫落。再采用預(yù)應(yīng)力錨索補(bǔ)強(qiáng)加固，錨索長(zhǎng)度大、預(yù)應(yīng)力高、快速承載能力強(qiáng)，形成壓縮圈厚度大，在較大預(yù)應(yīng)力的作用下，把上部穩(wěn)定巖層和下部組成的巖層梁組合在一起，每根錨索周圍形成的壓縮區(qū)域彼此重疊，在復(fù)合頂板中形成一個(gè)厚度更大的均勻連續(xù)壓縮帶，各巖層面互相擠壓，層面摩擦大大增加，使復(fù)合頂板形成拱梁，從而有效的提高了頂板的整體性、穩(wěn)定性，加強(qiáng)了頂板的自承能力。

3 支護(hù)效果和經(jīng)濟(jì)分析

1)在圍巖應(yīng)力集中與頂板破碎的巷道施工中，常采用錨桿打設(shè)與工字鋼架棚聯(lián)合支護(hù)方式，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、支護(hù)費(fèi)用高、工序復(fù)雜、進(jìn)度慢。通過(guò)采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)代替工字鋼架棚支護(hù)的施工方式，既保證了施工安全又節(jié)約了成本。

2)用錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)，每米巷道支護(hù)費(fèi)用降低約1300元，每年節(jié)約支護(hù)費(fèi)用近5000多萬(wàn)元，創(chuàng)造了客觀的經(jīng)濟(jì)效益。用錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)，其運(yùn)輸量、運(yùn)輸環(huán)節(jié)及消耗量少，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。短掘短錨做到及時(shí)支護(hù)，消除了空頂作業(yè)，改善了安全環(huán)境，帶來(lái)顯著的社會(huì)效益。

3)用錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)，巷道斷面利用率提高15%，通風(fēng)阻力大大下降，明顯的改善安全生產(chǎn)環(huán)境。

4 結(jié)語(yǔ)

1)在大斷面切眼掘進(jìn)施工過(guò)程中，最重要的是支護(hù)技術(shù)。利用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)形式是最好的一種選擇。錨索長(zhǎng)度大、預(yù)應(yīng)力高、快速承載能力強(qiáng)，不占巷道空間。既能滿足支護(hù)強(qiáng)度要求，又能保證安裝設(shè)備時(shí)不受支護(hù)影響。

2)除切眼外的其他巷道:如回風(fēng)順槽、皮帶順槽等巷道的支護(hù)均采用錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)形式，既保證了施工安全又提高了效率。從150201切眼施工分析，從巷道開掘到設(shè)備安裝結(jié)束的3個(gè)月時(shí)間里，巷道頂板沒(méi)有出現(xiàn)大量下沉或冒頂事故。從工作面開采過(guò)程來(lái)看，兩順槽超前段采用較簡(jiǎn)單的超前維護(hù)即可保持頂板完整、無(wú)明顯下沉。充分說(shuō)明采用錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護(hù)形式，規(guī)格、參數(shù)等均能滿足現(xiàn)有頂板管理要求，這種支護(hù)技術(shù)值得全面推廣應(yīng)用。

［1］ 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2010.