破碎煤層巷道掘進及支護技術研究
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摘 要：某煤礦正在開采的采區，其掘進巷的頂板類型為松軟易破碎型，一般常用的掘進方法及工藝無法保證生產的要求，基于此，制定出適合的支護方案為：使用短掘短支的技術進行超前支護，并優化巷道內的支架。支護效果可以通過監測頂板的礦壓來評判，事件證明進行支護方式的改進以后，支護效果較好，在對松軟且易破碎的煤層巷道進行掘進和支護時可以提供理論和應用上的指導。
關鍵詞：破碎煤層;短掘短支;超前支護
0 引言
由于深部的煤層地質條件更為復雜，較大的地壓更容易使巷道變形，并且煤巖也具有較差的穩定性，這些深部開采所面臨的復雜環境問題僅依靠當前的開采技術仍然無法解決。本文以640m的深部煤層為例，針對其復雜的地質條件，提出該條件下適合的掘進和支護技術為：短掘短支、機載超前支護和錨網索支護技術[1]。
1 工程概況
該煤礦平均傾角為17°，巷道長度為256m，斷面形狀為梯形。煤層掘進時見頂見底，當其厚度較低時，要使底板保持水平狀態，則需要進行破底施工。
巷道中部有些區域形成了厚度為0.5～1.0 m的復合泥巖頂板，煤層上部為砂質泥巖，所以其整體結構比較垮落。深部開采時，煤層賦存較深，巷道壓力較大并發生明顯變形，因此，增加了巷道掘進施工的難度。
2 掘進與支護難度分析
對掘進難度進行分析。在進行掘進時，主要機械是綜掘機，一個循環進刀兩次，循環進尺量最高為1600m。由于巷道內礦壓變化劇烈，導致從巷道開口處頂板就開始塌落和離層，偽頂的厚度可以達到0.8m，這種情況下，掘進機一旦進行割煤作業，很容易導致巷道頂板的巖層巖塊發生脫落，從而使巷道的頂板高低不平，松軟的巷道圍巖還會致片幫的出現。分析當前巷道的掘進，發現施工效率低，且單日的進尺量較小，巷道難以成型。
臨時支護。井下比較常用的臨時支護方式是輕型單體液壓支護，這種支護方式對于較為松軟的煤層來說，無法解決其導致的壓力變化，致使采空區圍巖具有明顯的壓力變化，臨時支護時，易發生頂板破碎和離層，影響礦井施工過程的安全。
永久支護。由于巷道本身的圍壓穩定性較差，并且偽頂較厚，所以巷道的頂板在短時間內很可能出現離層和破碎的情況，而偽頂局部容易出現多次垮落，因此，要實現高效的開采，就必須首先對巷道進行及時、高效的支護。
3 技術方案
3.1 短掘短支及超前支護
針對當前開采煤層的實際情況，使用EBA-132型掘進機進行巷道的掘進，割煤與自行裝煤同時進行?？紤]到深部煤層開采時，其頂板壓力會發生明顯變化，易出現破碎和頂板離層冒頂的情況，因此掘進時要短掘短支的方式，減少循環進尺量到800mm，在割煤時，在兩側留出足夠的空間，目的是使兩幫的圍巖免遭破壞并保持穩定。
進行深部煤巷的掘進時，無論使用哪種掘進方式，冒頂、片幫、控頂距較大或者沒有及時支護等問題都會發生。所以需要對巷道進行超前支護，目的是對臨時支護進一步強化。包括的支護工藝：第一，在截割部安裝主架和頂梁架，使用液壓傳動手柄對其進行控制，在掘進時，如果需要臨時支護，則可以撥動液壓傳動的手柄至支護檔，之后將液壓泵站打開，注入高壓液至液壓支架內。之后安裝鋼帶和網片于支架的頂梁架上位于中線的地方，固定時使用的是磁鐵裝置，采煤機的司機可以通過控制操作手柄，分離主架和頂梁架，放置支架到所需位置。其次，可以進行液控手柄的調節，使得頂梁上升并到達頂板位置時，巷道的中線與其中線位置相重合，鋼帶和網片被壓實到頂板上，掘進機的護幫板壓到煤壁上。
3.2 錨網索耦合支護
選取錨桿的長度時，主要依據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，松動圈范圍為1.08m，將錨桿的長度初步確定為2200mm，支護深度為700mm，外露100mm。還要對關鍵的地方進行加強支護。同時，為了降低應力的集中，使用錨索進行支護使圍巖的變形量減小。
根據該煤礦正在開采的采區特點，進行巷道掘進時，使用的支護方式為錨網帶和錨網索的聯合支護方式。頂板支護的支護模式為Φ20mm×2200mm 高強錨桿+金屬網+鋼帶，使用左旋螺紋型高強度錨桿，間距為750mm×800mm，金屬網的規格為1000mm×2000mm，網格尺寸為70mm×70mm;對兩幫進行支護時，選用的支護模式為Φ18 mm×2200 mm 高強錨桿+金屬網+鋼帶，錨桿的間距為800mm×800mm。
4 效果分析
通過以上支護方式及工藝的實際運用，極大地提高了巷道的質量及穩定性，同時出現冒頂和片幫的概率得到有效降低，掘進施工的效率提高。通過安裝礦壓監測系統可以監測圍巖壓力的變化，從而驗證支護效果。監測時間達到50天左右時，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 結語
分析頂板破碎條件的生產過程，可以得出使用短掘短支技術進行支護，同時利用掘進機實現超前支護具有很好的效果。頂板由于壓力而下沉時，使用這一支護方式可以保證掘進過程的安全和高效，最后，通過監測證實了這一掘進和支護方案的可行性，同時為同種地質條件下進行巷道掘進提供了理論指導。
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