破碎煤層巷道掘進(jìn)及支護(hù)技術(shù)

1 工程概況
　　該煤礦平均傾角為17°，巷道長(zhǎng)度為256m，斷面形狀為梯形。煤層掘進(jìn)時(shí)見(jiàn)頂見(jiàn)底，當(dāng)其厚度較低時(shí)，要使底板保持水平狀態(tài)，則需要進(jìn)行破底施工。
　　巷道中部有些區(qū)域形成了厚度為0.5～1.0 m的復(fù)合泥巖頂板，煤層上部為砂質(zhì)泥巖，所以其整體結(jié)構(gòu)比較垮落。深部開(kāi)采時(shí)，煤層賦存較深，巷道壓力較大并發(fā)生明顯變形，因此，增加了巷道掘進(jìn)施工的難度。
　　2 掘進(jìn)與支護(hù)難度分析
　　對(duì)掘進(jìn)難度進(jìn)行分析。在進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，主要機(jī)械是綜掘機(jī)，一個(gè)循環(huán)進(jìn)刀兩次，循環(huán)進(jìn)尺量最高為1600m。由于巷道內(nèi)礦壓變化劇烈，導(dǎo)致從巷道開(kāi)口處頂板就開(kāi)始塌落和離層，偽頂?shù)暮穸瓤梢赃_(dá)到0.8m，這種情況下，掘進(jìn)機(jī)一旦進(jìn)行割煤作業(yè)，很容易導(dǎo)致巷道頂板的巖層巖塊發(fā)生脫落，從而使巷道的頂板高低不平，松軟的巷道圍巖還會(huì)致片幫的出現(xiàn)。分析當(dāng)前巷道的掘進(jìn)，發(fā)現(xiàn)施工效率低，且單日的進(jìn)尺量較小，巷道難以成型。
　　臨時(shí)支護(hù)。井下比較常用的臨時(shí)支護(hù)方式是輕型單體液壓支護(hù)，這種支護(hù)方式對(duì)于較為松軟的煤層來(lái)說(shuō)，無(wú)法解決其導(dǎo)致的壓力變化，致使采空區(qū)圍巖具有明顯的壓力變化，臨時(shí)支護(hù)時(shí)，易發(fā)生頂板破碎和離層，影響礦井施工過(guò)程的安全。
　　永久支護(hù)。由于巷道本身的圍壓穩(wěn)定性較差，并且偽頂較厚，所以巷道的頂板在短時(shí)間內(nèi)很可能出現(xiàn)離層和破碎的情況，而偽頂局部容易出現(xiàn)多次垮落，因此，要實(shí)現(xiàn)高效的開(kāi)采，就必須首先對(duì)巷道進(jìn)行及時(shí)、高效的支護(hù)。
　　3 技術(shù)方案
　　3.1 短掘短支及超前支護(hù)
　　針對(duì)當(dāng)前開(kāi)采煤層的實(shí)際情況，使用EBA-132型掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行巷道的掘進(jìn)，割煤與自行裝煤同時(shí)進(jìn)行?？紤]到深部煤層開(kāi)采時(shí)，其頂板壓力會(huì)發(fā)生明顯變化，易出現(xiàn)破碎和頂板離層冒頂?shù)那闆r，因此掘進(jìn)時(shí)要短掘短支的方式，減少循環(huán)進(jìn)尺量到800mm，在割煤時(shí)，在兩側(cè)留出足夠的空間，目的是使兩幫的圍巖免遭破壞并保持穩(wěn)定。
　　進(jìn)行深部煤巷的掘進(jìn)時(shí)，無(wú)論使用哪種掘進(jìn)方式，冒頂、片幫、控頂距較大或者沒(méi)有及時(shí)支護(hù)等問(wèn)題都會(huì)發(fā)生。所以需要對(duì)巷道進(jìn)行超前支護(hù)，目的是對(duì)臨時(shí)支護(hù)進(jìn)一步強(qiáng)化。包括的支護(hù)工藝：第一，在截割部安裝主架和頂梁架，使用液壓傳動(dòng)手柄對(duì)其進(jìn)行控制，在掘進(jìn)時(shí)，如果需要臨時(shí)支護(hù)，則可以撥動(dòng)液壓傳動(dòng)的手柄至支護(hù)檔，之后將液壓泵站打開(kāi)，注入高壓液至液壓支架內(nèi)。之后安裝鋼帶和網(wǎng)片于支架的頂梁架上位于中線的地方，固定時(shí)使用的是磁鐵裝置，采煤機(jī)的司機(jī)可以通過(guò)控制操作手柄，分離主架和頂梁架，放置支架到所需位置。其次，可以進(jìn)行液控手柄的調(diào)節(jié)，使得頂梁上升并到達(dá)頂板位置時(shí)，巷道的中線與其中線位置相重合，鋼帶和網(wǎng)片被壓實(shí)到頂板上，掘進(jìn)機(jī)的護(hù)幫板壓到煤壁上。
　　3.2 錨網(wǎng)索耦合支護(hù)
　　選取錨桿的長(zhǎng)度時(shí)，主要依據(jù)是煤壁和頂板的破壞范圍大小。已知煤壁的破壞深度是1.34m;頂板破壞范圍的等效半徑為2.1m，松動(dòng)圈范圍為1.08m，將錨桿的長(zhǎng)度初步確定為2200mm，支護(hù)深度為700mm，外露100mm。還要對(duì)關(guān)鍵的地方進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。同時(shí)，為了降低應(yīng)力的集中，使用錨索進(jìn)行支護(hù)使圍巖的變形量減小。
　　根據(jù)該煤礦正在開(kāi)采的采區(qū)特點(diǎn)，進(jìn)行巷道掘進(jìn)時(shí)，使用的支護(hù)方式為錨網(wǎng)帶和錨網(wǎng)索的聯(lián)合支護(hù)方式。頂板支護(hù)的支護(hù)模式為Φ20mm×2200mm 高強(qiáng)錨桿+金屬網(wǎng)+鋼帶，使用左旋螺紋型高強(qiáng)度錨桿，間距為750mm×800mm，金屬網(wǎng)的規(guī)格為1000mm×2000mm，網(wǎng)格尺寸為70mm×70mm;對(duì)兩幫進(jìn)行支護(hù)時(shí)，選用的支護(hù)模式為Φ18 mm×2200 mm 高強(qiáng)錨桿+金屬網(wǎng)+鋼帶，錨桿的間距為800mm×800mm。
　　4 效果分析
　　通過(guò)以上支護(hù)方式及工藝的實(shí)際運(yùn)用，極大地提高了巷道的質(zhì)量及穩(wěn)定性，同時(shí)出現(xiàn)冒頂和片幫的概率得到有效降低，掘進(jìn)施工的效率提高。通過(guò)安裝礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)圍巖壓力的變化，從而驗(yàn)證支護(hù)效果。監(jiān)測(cè)時(shí)間達(dá)到50天左右時(shí)，頂板的最大離層值為30mm，離層的最大速率為7mm/d，兩幫的移近量最大為28 mm。巷道兩幫與頂板的偏移總量小于50 mm，兩者的變形速率都低于2mm/d，最終證明該方案較為合理。
　　5 結(jié)語(yǔ)
　　分析頂板破碎條件的生產(chǎn)過(guò)程，可以得出使用短掘短支技術(shù)進(jìn)行支護(hù)，同時(shí)利用掘進(jìn)機(jī)實(shí)現(xiàn)超前支護(hù)具有很好的效果。頂板由于壓力而下沉?xí)r，使用這一支護(hù)方式可以保證掘進(jìn)過(guò)程的安全和高效，最后，通過(guò)監(jiān)測(cè)證實(shí)了這一掘進(jìn)和支護(hù)方案的可行性，同時(shí)為同種地質(zhì)條件下進(jìn)行巷道掘進(jìn)提供了理論指導(dǎo)。