大跨度切眼順山支架綜掘擴(kuò)安一體化施工實(shí)踐

張選松，張 波，張 宇

（淮北礦業(yè)集團(tuán)雙龍礦業(yè)有限責(zé)任公司，安徽 淮北 235047）

傳統(tǒng)的綜采工作面切眼施工是在導(dǎo)硐切眼形成的前提下，沿導(dǎo)硐切眼方向?qū)?dǎo)硐切眼進(jìn)行刷擴(kuò)作業(yè)，通過(guò)增大切眼跨度以滿(mǎn)足綜采液壓支架安裝的空間需要。通常采用單體液壓支柱配合π型鋼梁加固頂板，在綜采工作面液壓支架安裝過(guò)程中還需及時(shí)回收加固的單體支柱和π型鋼梁，安全風(fēng)險(xiǎn)管控難度大、頂板支護(hù)效果差、施工組織效率低及工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，一直是制約礦井采掘接續(xù)安全高效發(fā)展的瓶頸。為破解綜采工作面大跨度切眼施工難題，踐行新發(fā)展理念，通過(guò)技術(shù)手段和施工工藝創(chuàng)新，配合嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的組織保障，在雙龍礦業(yè)有限責(zé)任公司Ⅱ513工作面成功應(yīng)用順山液壓支架對(duì)大跨度切眼頂板進(jìn)行加固的施工工藝，開(kāi)創(chuàng)了切眼刷擴(kuò)和綜采支架安裝一體化推進(jìn)新局面。

1 Ⅱ513工作面概況

1.1 工作面煤層賦存條件

Ⅱ513工作面位于Ⅱ1采區(qū)上部，東與Ⅱ311工作面采空區(qū)相鄰，南部為工廣煤柱線，北為Ⅱ2-F16正斷層，西側(cè)為Ⅱ527、Ⅱ529工作面采空區(qū)。Ⅱ513工作面設(shè)計(jì)回采5煤層，煤層傾角8°～18°，平均13°。煤層平均厚度3.4 m，煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。5煤層距3煤層2.12～10.8 m，3煤層受火成巖侵蝕，未回采。3、5煤層間揭露為砂質(zhì)泥巖，5煤層頂板為泥巖，切眼頂板為復(fù)合頂板。圖1為Ⅱ513工作面綜合柱狀圖。

圖1 工作面綜合柱狀圖

1.2 工作面切眼施工概況

Ⅱ513工作面走向長(zhǎng)度340 m，傾斜長(zhǎng)度220 m。導(dǎo)硐切眼采用錨帶網(wǎng)索支護(hù)，尺寸為凈寬×凈高=4200 mm×3400 mm，排距800 mm。導(dǎo)硐切眼頂板使用6套MSGLW-335φ22-2400/490型高強(qiáng)無(wú)縱肋螺紋鋼錨桿配合L4200 mm M4型鋼帶支護(hù)，每根錨桿使用2只K2550型錨固劑。每排采用2根YMS17.8/6.3-1860型預(yù)應(yīng)力錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，每根錨索使用3只K2550型錨固劑，錨索按照2-2-2菱形交叉布置在2排鋼帶中間。刷大切眼采用錨帶網(wǎng)索支護(hù)，尺寸為凈寬×凈高=3600 mm×3400 mm，排距800 mm。刷大切眼頂板使用5套MSGLW-335φ22-2400/490型高強(qiáng)無(wú)縱肋螺紋鋼錨桿配合L3600 mm M4型鋼帶支護(hù)，每根錨桿使用2只K2550型錨固劑。每排采用2根YMS17.8/6.3-1860型預(yù)應(yīng)力錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，每根錨索使用3只K2550型錨固劑，錨索按照2-2-2菱形交叉布置在2排鋼帶中間。切眼刷大后巷道最大跨度達(dá)到7.8 m。圖2為切眼錨帶網(wǎng)索支護(hù)平面布置圖。

圖2 切眼錨帶網(wǎng)索支護(hù)平面布置圖

2 綜采工作面切眼順山支架擴(kuò)安一體化施工工藝

2.1 大跨度切眼施工工藝方案比較及選擇

為了保證在綜采工作面切眼內(nèi)進(jìn)行液壓支架、運(yùn)輸機(jī)和采煤機(jī)安裝的空間需要，Ⅱ513綜采工作面切眼刷大后巷道最大跨度達(dá)到7.8 m。大跨度巷道的頂板應(yīng)力水平低，巷道對(duì)于頂板承載能力不足。Ⅱ513工作面頂板為復(fù)合頂板，僅采用錨帶網(wǎng)索支護(hù)難以滿(mǎn)足支護(hù)強(qiáng)度要求，需要在切眼內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固支護(hù)。錨帶網(wǎng)索配合單體支柱、垛式支架或者綜采液壓支架支護(hù)是3種可行性較強(qiáng)的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案。

2.1.1 大跨度切眼施工工藝方案比較

采用單體支柱補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，需要布置至少6排“單體支柱+π型梁”挑棚補(bǔ)強(qiáng)加固頂板，需投入單體支柱數(shù)不少于900根（不含備用量），同時(shí)每班還需要安排專(zhuān)人進(jìn)行巡查、注液和維護(hù)，在支架安裝過(guò)程中，需要反復(fù)安裝、回收單體支柱，安全風(fēng)險(xiǎn)較大，工作量大，職工勞動(dòng)強(qiáng)度高。

采用垛式支架補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，在導(dǎo)硐切眼原支護(hù)方式下，沿導(dǎo)硐切眼刷大側(cè)順山布置一排垛式支架，支撐截面按1000 mm×1000 mm、布置間隔按2000 mm計(jì)算，需要投入垛式支架不少于75架，將原來(lái)大跨度切眼分割成2條小跨度的巷道，能夠起到減小跨度、控制頂板下沉的作用，同時(shí)能夠基本滿(mǎn)足刷大與安裝一體化施工的要求，但垛式支架安裝、維護(hù)和拆除工程量較大，對(duì)綜采液壓支架安裝進(jìn)度較大，人為造成高強(qiáng)度支護(hù)與短期維控之間的矛盾。

采用綜采液壓支架補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，在導(dǎo)硐切眼原支護(hù)方式下，沿導(dǎo)硐切眼刷大側(cè)順山安裝一排綜采液壓支架，將原來(lái)大跨度切眼分割成2條小跨度的巷道，能夠起到減小跨度、控制頂板下沉的作用，能夠基本滿(mǎn)足刷大與安裝一體化施工的要求，綜采液壓支架安裝過(guò)程中逐架將順山支架調(diào)向成走向支架供綜采使用，無(wú)須二次拆除，與垛式支架補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)相比工程量下降明顯，效率提升顯著。

2.1.2 大跨度切眼施工工藝方案選擇

通過(guò)方案比較可以看出，采用液壓支架補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)能夠提高支護(hù)強(qiáng)度，減輕職工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。

所以大跨度切眼施工采用液壓支架補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)加固頂板。

2.2 施工工藝流程

導(dǎo)硐切眼施工結(jié)束后，切眼刷大施工前，在導(dǎo)硐切眼原支護(hù)方式下，沿刷大側(cè)安裝1排順山液壓支架補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)頂板。根據(jù)煤層賦存情況及工作面開(kāi)采條件，選用ZZ7600-20/40型液壓支架。支架寬帶1.5 m，每架順山液壓支架支護(hù)長(zhǎng)度4.5～4.8 m，支架初撐力大于等于18MPa，并保持順山支架超前刷大切眼迎頭不小于10m。圖3為順山支架安裝剖面示意圖。

圖3 順山支架安裝剖面示意圖

刷大切眼進(jìn)尺一定距離后，由切眼下口逐架將順山液壓支架調(diào)向成走向支架。根據(jù)支架寬度和每架順山支架支護(hù)長(zhǎng)度，每完成1架調(diào)向后，在調(diào)向后的支架與下一架順山支架之間加補(bǔ)2架走向液壓支架，以此循環(huán)，直至完成整個(gè)工作面液壓架的安裝和就位。

切眼刷大使用綜掘機(jī)施工，刷大作業(yè)迎頭與支架調(diào)向、就位作業(yè)點(diǎn)保持一定距離，確保不相互交叉影響，刷大與安裝平行作業(yè)。

在導(dǎo)硐切眼內(nèi)安裝單軌吊軌道，使用柴油機(jī)單軌吊運(yùn)輸液壓支架。

圖4為順山支架切眼擴(kuò)安一體化工藝平面示意圖。

圖4 順山支架切眼擴(kuò)安一體化工藝平面示意圖

施工流程：施工導(dǎo)硐切眼→組裝液壓支架→運(yùn)輸液壓支架→切眼內(nèi)順山安裝液壓支架→刷擴(kuò)切眼→調(diào)整順山液壓支架為走向支架→補(bǔ)充安裝2架走向液壓支架→循環(huán)施工。

2.3 順山液壓支架安裝方法

安裝前確保導(dǎo)硐切眼支護(hù)可靠，清理凈浮煤，單軌吊軌道安裝質(zhì)量合格，軌道安裝高度滿(mǎn)足液壓支架運(yùn)輸要求，刷大切眼超前安裝點(diǎn)30 m以上。

使用柴油機(jī)單軌吊將ZZ7600-20/40型液壓支架吊運(yùn)到導(dǎo)硐切眼安裝位置，采用單體支柱將支架平移至導(dǎo)硐切眼待刷大側(cè)，連接液壓管路，支架頂梁上放置方木，供液支設(shè)液壓支架。采用架連架的方式，每架支設(shè)長(zhǎng)度4.5～4.8 m。

2.4 施工工藝技術(shù)要求

1）切眼刷大前沿煤壁順山安裝一排液壓支架加固頂板，液壓支架頂梁間距小于等于200 mm，支架初撐力大于等于18 MPa。

2）順山支架與頂板間必須加墊厚度超過(guò)150 mm木料，間距不大于1 m，避免壓壞錨桿造成支護(hù)失效。

3）導(dǎo)硐切眼內(nèi)單軌吊軌道中心線距巷幫大于等于1500 mm，單軌吊起吊臂距巷幫大于等于500 mm，距順山支架大于等于500 mm。單軌吊起吊液壓支架后，支架底平面距離巷道底板高度不得小于0.2 m，防止支架掛底。

4）采用錨帶網(wǎng)索支護(hù)的切眼、導(dǎo)硐切眼及刷大切眼錨索布置均不小于“2-2-2”要求，即每排使用2根錨索。刷擴(kuò)時(shí)距順山支架小于等于500 mm處施工1排順山錨索梁。

5）切眼刷擴(kuò)時(shí)，刷擴(kuò)施工位置距支架安裝處大于等于30 m。順山支架超前刷大切眼迎頭不小于10 m，未采用順山支架加固地段不得刷擴(kuò)。

6）特殊情況切眼需采用垛式支架進(jìn)行加固時(shí)，沿刷擴(kuò)側(cè)順山布置1排垛式支架，頂梁間隙小于等于500 mm，初撐力大于等于18 MPa。

7）綜掘刷擴(kuò)切眼的，綜掘機(jī)硐室施工前采用垛式支架加固切眼頂板，硐室長(zhǎng)度小于等于15 m，垛式支架加固長(zhǎng)度超前綜掘機(jī)硐室大于等于10 m。

8）切眼刷擴(kuò)分2茬施工的，順山支架與煤壁間預(yù)留運(yùn)輸設(shè)備鋪設(shè)空間。

圖5為順山支架切眼擴(kuò)安一體化工藝施工斷面圖。

圖5 順山支架切眼擴(kuò)安一體化工藝施工斷面圖

2.5 施工工藝安全管理措施

1）導(dǎo)硐切眼和刷大切眼內(nèi)每30～50 m設(shè)置1個(gè)礦壓觀測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)頂板監(jiān)測(cè)，及時(shí)收集、分析礦壓監(jiān)測(cè)信息，根據(jù)礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)進(jìn)行合理支護(hù)。

2）切眼刷大施工，綜掘機(jī)必須使用機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置，遇頂板破碎等不宜使用機(jī)載支護(hù)的特殊情況時(shí)，采用單體支柱配合柱帽（木板）進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。臨時(shí)支護(hù)緊跟迎頭，嚴(yán)禁空頂作業(yè)。

3）頂錨桿支護(hù)緊跟迎頭，幫錨桿滯后頂錨桿不超過(guò)一個(gè)循環(huán)進(jìn)度，錨索滯后迎頭不超過(guò)一個(gè)錨索排距。

4）綜掘機(jī)截割施工時(shí)，必須在綜掘機(jī)前后至少10 m外安設(shè)警戒，嚴(yán)禁人員隨意進(jìn)入。

5）柴油單軌吊運(yùn)輸及液壓支架調(diào)向期間，支架下方及兩側(cè)波及范圍嚴(yán)禁有人員。

6）單軌吊運(yùn)行期間，刷大切眼內(nèi)的人員嚴(yán)禁進(jìn)入運(yùn)行區(qū)域，實(shí)行封閉管理，專(zhuān)人警戒。

7）信號(hào)傳遞要確保及時(shí)、準(zhǔn)確和清晰，嚴(yán)禁用口喊、搖燈及敲打物件等方法傳遞信號(hào)。

8）柴油機(jī)單軌吊及軌道的安裝、運(yùn)行和維護(hù)要實(shí)行專(zhuān)業(yè)化管理，每班使用前對(duì)軌道進(jìn)行巡查，對(duì)空氣濾芯的隔爆板進(jìn)行清理，對(duì)尾氣水進(jìn)行更換，確保機(jī)車(chē)正常運(yùn)行。

9）礦級(jí)層面在切眼擴(kuò)安一體化施工期間必須指定專(zhuān)人協(xié)調(diào)處理安全管理工作，刷大施工單位與液壓支架安裝單位每班必須指定安全負(fù)責(zé)人，確保平行作業(yè)期間安全施工。

2.6 施工工藝技術(shù)優(yōu)勢(shì)

Ⅱ513工作面切眼通過(guò)安裝順山支架構(gòu)建一道鋼鐵“煤巖體”，既可對(duì)巷道頂板進(jìn)行加固，減小綜采切眼巷道跨度，提高了頂板安全系數(shù)；又將支架的運(yùn)輸通道和刷大施工工作面分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)切眼刷大和運(yùn)輸互不影響。刷大側(cè)采用綜掘機(jī)連續(xù)刷大，提高了掘進(jìn)效率；支架運(yùn)輸使用柴油機(jī)單軌吊整架運(yùn)輸，提高了運(yùn)輸效率。

3 取得的效果

3.1 采用順山支架補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)頂板，實(shí)現(xiàn)切眼擴(kuò)安無(wú)單體

傳統(tǒng)的擴(kuò)安一體化工藝，要求大跨度切眼施工必須布置不少于4排的順山單體支柱挑棚加固頂板，導(dǎo)硐和刷大側(cè)各不少于2排。Ⅱ513工作面頂板為復(fù)合頂板，切眼刷大施工需要布置6排“單體+π型梁”挑棚補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，需投入單體支柱數(shù)十分龐大，同時(shí)每班還需要安排專(zhuān)人進(jìn)行巡查、注液和維護(hù)，在支架安裝過(guò)程中，需要回收全部單體支柱，工作量大，職工勞動(dòng)強(qiáng)度高。

通過(guò)工藝創(chuàng)新，采用順山液壓支架取代單體挑棚，一是極大地增強(qiáng)了頂板支護(hù)強(qiáng)度，提高了安全系數(shù)，二是減少了工作量、降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，三是減少了單體租賃費(fèi)用的投入，實(shí)現(xiàn)了工作面真正意義上的擴(kuò)安無(wú)單體支柱的技術(shù)目標(biāo)。

3.2 實(shí)現(xiàn)切眼刷大綜掘連續(xù)刷擴(kuò)作業(yè)，提高擴(kuò)安施工效率

切眼刷擴(kuò)與安裝實(shí)現(xiàn)了平行作業(yè)，切眼刷大采用3班作業(yè)，安裝采用2班作業(yè)。實(shí)踐證明，Ⅱ513工作面切眼刷大單進(jìn)水平大幅提高。在順山液壓支架的掩護(hù)下，切眼刷大作業(yè)和工作面液壓支架安裝互不干涉，安裝進(jìn)度加快，大大縮短了安裝工期。

4 結(jié)束語(yǔ)

1）采用順山液壓支架補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)頂板，構(gòu)建一道鋼鐵“煤巖體”，將原來(lái)大跨度切眼分割成2條小跨度的巷道，能夠起到減小跨度、控制頂板下沉的作用，提高了大跨度切眼頂板的支護(hù)強(qiáng)度，提高了安全系數(shù)，確保了安全生產(chǎn)。

2）實(shí)現(xiàn)了大跨度切眼施工和安裝無(wú)須單體支柱，減輕了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了施工效率，工作面準(zhǔn)備工期縮短近20 d，解決了工作面接替緊張問(wèn)題。

3）順山支架補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)頂板，不需要單體支柱或垛式支架的投入，節(jié)約了設(shè)備，節(jié)省了費(fèi)用的投入。

4）順山支架綜掘擴(kuò)安一體化工藝創(chuàng)新，把現(xiàn)代設(shè)備和支護(hù)技術(shù)統(tǒng)籌，解決了安全和效率一體化問(wèn)題，具有較好的推廣前景。