煤矿巷道掘进施工及顶板支护技术研究

煤矿井下巷道掘进托顶煤施工支护技术

摘要：煤矿井下巷道掘进施工是煤炭资源开采中重要的施工环节，具有难度大、安全要求高、隐患突出等特点。在过断层和岩巷石门揭煤时会出现托顶煤施工情况，为了保证掘进施工的质量和安全，需要采用加强支护措施，用锚杆、锚索等装置配合施工。本文主要分析和探讨煤矿井下巷道掘进托顶煤施工支护技术及应用，希望可以为提高井下巷道掘进质量和安全提供一些参考。

关键词：煤矿；井下巷道；掘进；托顶煤；支护技术

引言：需要用到托顶煤施工的情况通常有两种，一种是煤矿井下巷道掘进遇到了断层，需要通过托顶煤施工的方式来进入正常煤层，另一种是岩巷石门揭煤，这种煤层位于巷道上方，需要通过托顶煤施工的方式进行开采。在煤矿井下巷道掘进过程中，托顶煤施工是一种难度、隐患非常突出的工程，支护工作处理不佳很有可能导致巷道安全事故，影响煤炭的开采质量和效率。

1.影响煤矿井下巷道掘进稳定性的因素分析

1.1 井下地质条件

在煤矿进行井下巷道掘进施工时，井下地质条件是影响巷道稳定性、决定巷道支护方式的重要因素。如果井下巷道掘进时，岩层存在诸如断层、褶曲、陷落柱、顶板破碎带等地质问题，区队必须放慢掘进速度，采取超前支护或边掘进边支护的方式来提高掘进的安全性和巷道的稳定性。因为断层、褶曲等地质问题会容易导致掘进质量问题、顶板破碎问题、坍塌问题，所以，区队掘进过程中必须充分考虑到地质条件，做好掘进和支护处理工作。

1.2 掘进和支护施工工艺

在煤矿井下巷道掘进施工过程中，施工人员主要运用的掘进方法为钻爆法等，支护方法主要为锚网喷支护、顶板加固等。任何一项施工工艺的选择和使用都需要与煤矿井下巷道的实际情况进行匹配，尽可能避免会对井下巷道围岩形成破坏和伤害的施工工艺，提高井下巷道的质量和安全。在实际施工过程中，施工人员的装药量、打眼位置、打眼深度、施工速度等都是影响掘进施工质量、支护质量的重要因素，必须做好相应的风险应对准备，避免给巷道带来更大的风险。

煤矿掘进巷道支护设计

摘要：工作面的运输巷与回风巷均沿煤层走向布置，切巷沿煤层倾向布置。运输巷的用途是进风、行人、运煤，回风巷的用途是回风、行人、运料，切眼的用途是安装采煤设备、采煤。为了保证煤层开采的经济性和安全性，需要对巷道的断面及其支护进行设计。

关键词：煤矿掘进；巷道支护；设计

1煤矿巷道概况

某煤矿目前的设计生产能力为240万t/a,矿井经过了多年开采，内部已经出现了很多老窑。该煤矿中很多矿井仍然采用比较传统的采掘方式，已经无法满足高效率的煤矿开采实际需要，亟须对煤矿开采工艺进行技术升级，需要基于快速掘进技术进行煤矿开采。快速掘进技术对巷道的支护技术提出了更高的要求，需要对煤矿巷道的支护技术方案进行升级改造。另一方面，当前该煤矿的开采煤层埋藏深度普遍较浅，随着煤矿开采的不断推进，后续开采的煤层深度越来越深。煤层埋深越深意味着围岩属性越复杂，对巷道支护方案要求也越高。基于此，有必要对煤矿巷道中快速掘进支护技术进行分析和研究。

本文主要以某煤层中的回风巷道为例进行分析，煤层厚度8.50～16.23m,平均厚度13.68m,煤层倾角4.30°～13.29°,平均倾角9.40°。回风巷道整体为矩形，高度3.5m,宽度5.2m。经过地质勘察，发现该煤层巷道的围岩属性比较复杂，存在很多断层、褶曲构造比较多，使得围岩属性比较软弱，容易破碎，这在很大程度上增加了巷道支护的难度。

2煤矿掘进巷道支护设计

2.1巷道断面设计

根据工作面巷道布置以及煤层赋存情况，设计顺槽均采用矩形断面。 2.1.1皮带顺槽

皮带顺槽宽度B可由式(1)计算，即：

式(1)中，a为回采机头宽度，取3.0m;b1为回采机头距帮割透尺寸，取0.8m;c为人行道宽度，取0.8m。

将相关数据代入式(1)中，得B=4.6m。

在进行锚杆支护时，端头会裸露一部分在外，大约0.2m，而且巷道在矿山压力的作用下还会发生一定的变形。因此，巷道的宽度应该适当大一些，取为5m。为了方便巷道支护，通常情况下沿煤层顶板进行掘进。巷道断面的高度h取决于巷道内所使用的设备的最大高度，可以表示为：

煤矿掘进工作面作业一巷道布置及支护说明

第一节巷道布置

1、运输巷布置在14#煤层中，水平标高为1310.17,巷道断面为在13.641∏2（宽4.4mX高3.1m）,净断面12.6nV（净宽4.2mX净高3.0m）,巷道预计总掘进量为905m,沿煤层顶板施工。运输巷在Π402专用回风巷k11点处开门，按339°方位煤巷沿顶板掘进施工18m后按41。方位角调向开门掘进23m,再按158°方位角调向开门掘进56m后贯通11401运输巷，然后在y2点处反向开门掘进130m揭露断层后，退回至y2点前52m处向右按36°方位角开门掘进678m止

2、运输巷平面图（附图二）

3、运输巷巷道剖面图（附图三）

4、运输巷开门大样图 （附图四）

第二节支护设计

一、巷道断面

运输巷沿14#煤掘进，掘进采用矩形断面，掘进断面13.64ι∏2（宽4.4mX高3.1m）,净断面12.6Hf（净宽4.2mX净高3.0m）；

运输巷沿14#煤掘进，煤层变薄不能满足通风断面需求时，掘进改用半圆拱断面，掘进断面13.32∏Λ净断面12.38∏Λ拱基线13m,半径2.1m；顶板破碎达不到支护要求时，掘进改用架棚支护。

使用吊环式前探梁作为临时支护，当顶板完整稳定时，前探梁采用2根3寸钢管制作；当顶板破碎，巷道压力大时，前探梁采用2根矿用11#工字钢制作；前探梁长度4∙5m,用专用吊环固定在顶板锚杆上，前探梁上方用板梁木垛式接顶，并用木楔加紧；前探梁要始终处于工作状态，前探梁间距为1600mm,到迎头的端面距不得大于0.3m,前探梁上方的板梁距巷道两帮端面距不得大于0.3m。

二、支护方式

(-)临时支护

使用吊环式前探梁作为临时支护，前探梁采用2棵15kg轨道制作，长4.5m,用专用吊环固定在顶板锚杆上，前端用方木及木枇接实顶板,前探梁要始终处于工作状态，前探梁间距为800mm,到迎头的端面距不得大于0.3m,前探方木距两帮端面距不得大于0.3m,使用3根。

科技论坛　民营科技２０１４年第３期　煤矿掘进支护技术研究　韩春东　（黑龙江龙煤矿业集团股份有限公司鸡西分公司东海煤矿，黑龙江鸡西１５８１７５）　摘要：分析了当前煤矿掘进支护发展现状同时，采用掘锚分离快速掘进支护技术，提高了煤矿掘进支护的水平，并针对当前所存　在的问题提出了一些应对措施来提高煤矿掘进支护技术的应用情况，促进煤矿开采的安全。　关键词：掘进；支护；锚杆　’　井下作业，需要在地表以下开掘大量巷道，以实现采煤与运输的　高效运行。由于地下矿井地质条件复杂、作业施工环境恶劣，搞好煤矿　掘进支护，提高巷道畅通与围岩稳定水平，对提升煤矿安全生产质量　与水平具有十分重要的现实意义。在巷道掘进施工中，经常遇到一些　特殊条件，如巷道过断层、大断面交岔点、膨胀岩巷道等。在这些条件　下，巷道围岩的变形和破坏强烈，支护难度大，当支护设计不合理时，　经常会发生冒顶事故。因而，我们积极地探索关于煤矿掘进支护的先　进技术，进一步提高我国煤矿掘进支护的水平，只有这样才能实现我　国煤矿开采工作的可持续。　．　１煤矿掘进支护的问题　随着我国煤矿开采的强度和范围不断增加，其巷道的布置也出　现了多个方向的发展，并针对当前巷道支护当中所存在的问题提出了　更高的要求，具体如下：　１）在巷道的层位方面，要求永久性的巷道完成从岩巷到煤巷的　过渡与发展，以便于进一步提高工人的掘进速度，同时还要缩短建井　的周期；２）在巷道的断面大小和形状方面，要求拱形断面完成向矩形　断面过渡与发展的要求，这样才能提高掘进的速度，以及断面的利用　率，便于实现采煤工作面的迅速推进。同时，小断面发展到大断面才能　满足一些高开采强度和大型采掘设备的开采要求；３）在回采巷道的数　量方面，要求其由单巷布置转变为多巷布置，这样才能满足大型矿井　的通风、运输和高瓦斯矿井的一些要求；４）在巷道的赋存条件方面来　看，要求埋深从浅部逐渐完成向深部的过渡与发展，并要求其从适应　简单的地质条件中完成向适应复杂地质条件的开采要求过渡。　２煤矿掘进支护应用对策　２．１吊环式前探梁应用。采用三根吊挂前探支架做为临时支护。前探　梁采用１ｌ｝｝矿用工字钢或１Ｔ型钢制作，长度大于３．０ｍ，用吊环固定。　中间一根沿巷道中线布置，两侧前探梁距中间一根１．０ｍ，每根前探梁　不少于２个固定点。前探梁到迎头的端面距不得大于０．３ｍ。前探梁上　方使用专用方木、构木、木契等，超前支护距两帮端面距不超过０．３ｍ。　吊环的强度要与前探梁的强度相匹配。上吊环的锚杆必须留有４０　１ＯＯｍｍ的丝扣，以保证吊环的牢固。吊环必须全部上入锚杆，要求上　紧上牢上满丝；在前探梁临时支护掩护下，再进行其他工作。架设前要　先进行敲帮问顶，清理浮矸活石，然后前移前探梁。　２．２吊链时前探梁应用。采用三根吊挂前探梁做为临时支护。前探梁　采用叮ｒ型钢制作，长度大于３．５ｍ，用吊环固定。中间一根沿巷道中线　布置，两侧前探梁距中间一根１．０～１．２ｍ，每根前探梁不少于２个固定　点。前探梁到迎头的端面距不得大于０．３ｍ。超前支护距两帮不超过　０．３ｍ。架设前要先进行敲帮问顶，清理浮矸活石，然后前移前探梁。一　切工作必须在完好的永久支护或临时支护下进行，严禁空顶作业。迎　头ｌＯｍ范围内的棚必须使用联棚器进行连锁加固，每架棚使用两个　联棚器，联棚器使在距离底板ｔｍ处，施工中，遇特殊情况使不上联棚　器时，必须用铁镢子进行防倒加固。　２．３单体柱配耵型钢前探梁应用。前探梁采用１：ｒ型钢制作，长度大于　３．５ｍ，用外注式单体液压支柱支设（一梁三柱）。每两条前探梁间距　１．Ｏｍ，每根前探梁不少于３个单体液压支柱。前探梁到迎头的端面距　不得大于０．３ｍ。前探梁上方使用专用方木（规格１６０ｘ１２０ｘ３２００ｍｍ）、　穿杆、木楔等，超前支护距两帮端面距不超过０．３ｍ。架设前要先进行　敲帮问顶，清理浮矸活石，然后前移前探梁。　３上山巷道掘进支护　３．１巷道的临时支护。在巷道上山掘进过程中，每次爆破后必须采用　前探梁支护好空顶，在临时支护后做好巷道的永久支护。临时支护材　料：３根长４ｍ、ｆｉ５０１８ｍｍ无缝钢管，６个螺母吊环，若干块背木板。前　探梁与空顶之间必须背紧、背实。　３－２巷道的永久支护。１）顶板支护形式：高强螺纹锚杆＋金属网＋Ｍ钢　带以　锚索梁联合支护。高强螺纹锚杆：ｔ＇ｔ２０ｍｍｘ２２００ｍｍ，配高强瓦　型托盘及扭矩螺母、减阻增压片；金属网：ｌＯ００ｘ２ＯＯＯｍｍ，７０￣７０ｍｍ网　格，采用ｎ６ｍｍ钢筋加工而成。锚杆的间排距设计为８００￣８００ｍｍ，每　根顶锚杆使用１卷ＣＫ２３５０超Ｉ央速树脂锚固剂和１卷Ｍ２３５０慢速低　稠树脂锚固剂。顶锚杆的预紧力必须达到２５０ｍｍ。　顶板除采用锚网带支护外，还采用锚索梁支护。锚索梁为３ｍ长　２９Ｕ型梁，一梁三索。锚索长度设计为７１５ｍ，锚索的间排距设计为　１３００￣１４００ｍｍ，每根锚索采用ＣＫ２３５０树脂锚固剂６卷，锚索的锚固　长度为锚索的１／３以上，锚索的预紧力必须在４０ＭＰａ以上。所有锚索　均锚固在基本顶内，锚索梁距离掘进工作面始终不超过ｌＯｍ。２）两帮　支护形式：Ｑ３３５高强螺纹锚杆＋双抗网硷属网＋梯子梁。高强螺纹锚　杆：ｔｈ１８ｍｍ：＜２５００ｍｍ，配１５０ｍｍ＠１５ＯｍｍｘｌＯｍｍ的高强托盘及扭矩　螺母、减阻增压片。锚杆的间排距设计为８００ｘ８ＯＯｍｍ。每根锚杆使用　２卷Ｍ２３５０型中速低稠树脂锚固剂，帮锚杆的预紧力必须达到　２００ｍｍ。两帮最上一排帮锚杆距离顶板不超过２００ｍｍ，最下一排帮锚　杆距离底板不超过３００ｍｍ。如图所示，巷道两帮最上一排帮锚杆锚入　巷道顶板岩石内的长度为４４７ｍｍ，巷道两帮最下一排帮锚杆锚人巷　道底板２００ｍｍ。　图１巷道断面施工及支护　煤矿掘进支护在煤矿开采中的应用，对于施工人的人身安全具　有重要作用。由于我国煤矿的地质环境复杂，煤矿开采技术不很成熟，　因此对于煤矿掘进支护的应用进行研究分析，有利于提高我国煤矿开　采质量，有利于减少甚至避免煤矿开采事故。　参考文献　［１】郭世杰．煤矿掘进支护应用探讨叨．科技创新导报，２０１２（１５）：７１．　［２］智庆国，张夫领嘲格栅支护技术在煤矿掘进施工中的应用『Ｊ１．山东　煤炭科技，２００６（２）：１４－１６．　『３ｌ方树林，张剑，武立文，等特厚夹层坚硬顸板大断面掘进巷道围岩　变形特征与支护技术研究ＩＪ１．煤炭工程，２０１２（２）：３０－３２．　【４】杨智英，杨小强．薄基岩浅埋煤层掘进中支护工艺探索叨．内蒙古煤　炭经济，２０１２（１）：５１＿５３．　。一　【５Ｊ白玉明，朱朝海．掘进巷道支护的优化改进明．科技资讯，２０１２（１７）：ｉ　２５．　：　同薛润根，阴永生．优化巷道支护参数，提高巷道掘进速度　山西焦　煤科技，２０１　１（７）．