煤矿机械采煤掘进过程中的支护技术及其运用

鲁 展

（西山煤电官地矿， 山西 太原 030022）

引言

西山煤电集团有限公司官地矿井田南北长约14967 m，东西宽约12110 m，井田面积为104.4974 km2，中五采区位于庙前山东大约1250 m，要子庄背面1100 m处，西南大致以84—10官5号钻孔为界，北东以原矿界为边界，采区为一北西、南东向长方形，长约2 km，宽约1 km，面积为2.9 km2。根据已掌握资料，中五区3号煤采区位于官地矿1051水平南北翼，采区范围地势西高东低。煤层倾角最大7°，最小4°。落差2 m以上的断层有6余条，对采掘布置有一定影响。采区正常涌水量34.1 m3/h，最大涌水量58.1 m3/h。本采区设计采用轨道运输系统，开采装备及开采技术可以满足开采要求。中五区3号煤层厚度2.9～4.2 m，平均可采厚度3.3 m。煤层倾角4°～7°，平均5°。根据本矿的巷道布置情况、设备和工艺、顶底板岩性、地质构造和生产技术管理水平、采区及工作面回收率等采矿经验，开采技术完全可行。

1 巷道支护方式

1.1 机载前探临时支护

1）前探支护采用ZLJ-10/21型机载式前探支护，工序流程：割、装煤→伸前探支护→打永久支护→收前探支护

2）掘进机完成截、割、装煤作业后，应将截割头放下。先检查支护装置各部位零部件及管路是否完好，再操作二位三通阀使液压油切换到支护装置的油路。

3）掘进机副司机和支护工负责把支护所用的金属网和钢带放在顶架上，顶架上的卡槽将其卡住。掘进机司机推动支护装置的支撑缸和折叠缸液压控制手柄，主架和顶架由折合状态慢慢平稳打开，达到所需要的角度和位置时松开两操作手柄；再推动主架的升降缸操作手柄使主架升起达到巷道顶板高度，金属网和钢带被压紧至顶板并达到一定的支撑力。然后就可以在掘进机机载临时支护的保护下安全的打孔、锚固。装完锚网和锚杆后，先把主架下降到最底位置，再折合顶架，直到顶架压到掘进机上为止。以上动作通过反向拉动多路换向阀相应的手柄完成。

4）在完成支护流程的前提下，就要切换三通阀并且确保其符合特定的油路位置，然后持续开展掘进操作。在具体操作时，对于操作手柄应当予以推拉处理，确保实现到位的推拉操作。如果没有实现到位的推拉操作，那么很可能出现不同步的液压油流量[1]。

1.2 永久支护

1）巷道永久支护采用：锚杆+锚索+W钢带+金属网+C20喷砼联合支护。

2）锚杆规格为Φ22×2400 mm无纵肋螺纹钢锚杆，锚杆托板规格为130×130×10 mm，锚杆间排距900×900 mm，矩形布置，每根锚杆采用K2360、Z2360锚固剂各一支锚固，锚固力≥9T，扭矩力不小于200 N/m；金属网采用Φ6的冷拔钢筋制作，规格为2000×1200 mm，网格为100×100 mm，金属网搭接长度为200 mm，使用16号双股铁丝绑扎，每扣拧结三环，逢孔必连；W钢带规格为250×3 mm；锚索规格为Φ17.8×8300 mm，锚索间排距1800×1800 mm，采用“二三二”布置，锚索托盘规格为300 mm×300 mm×16 mm，每根锚索采用一根K2335，两根Z2360锚固剂进行锚固，锚固力≥15T；喷浆厚度为120 mm，砼强度为C20，铺底厚度为300 mm，铺底砼强度为C30；水沟底、壁厚均为100 mm强度C30。

3）锚杆、锚杆托盘、锚索托盘、W钢带必须按照要求编码刻字母“A”。

2 采掘支护工艺

2.1 锚杆安装工艺

2.1.1 打锚杆眼

打锚杆眼时必须在前探梁或临时支护掩护下操作。如果要进行打眼操作，应提前核查断面尺寸与巷道位置，依照腰线与中线的位置来进行反复核查。如果作业流程不符合特定的安全指标，那么应对其予以处理。在打眼操作开始之前，应当进行敲帮问顶的相关操作，针对周边围岩也要予以查看。只有在确认不会出现危险岩体的状态下，才能进入后期的各项操作流程。锚杆定位应当符合精确度的要求，确保将其控制于100 mm以内的偏差度，而顶部与眼向之间应当保持在75°或更大角度。锚杆长度与锚杆深度应相互吻合，然后把特定的标识设计在钎子的位置上，同时还要保持30 mm以内的误差深度。在打好锚杆的基础上，需清理锚杆眼位置上的积水与残渣，依照从外至内的基本次序来实现相应的处理。

2.1.2 做好锚杆安装

安装锚杆需要提前进行吹扫岩体残渣与积水。具体在操作时，在眼孔口的位置上应安排特定的操作人员，而不能将其安排在眼孔的位置上。在这之后，就要在眼孔的特定部位送入树脂锚固剂，确保锚固剂与锚杆之间能够相互结合在一起，然后在眼底部位送入锚固剂。在螺帽上方套入套筒，然后借助气动式或者手持式的专用锚杆机来固定螺帽，开动锚杆。等到把锚固剂送入旋转的锚杆内部之后，就要搅拌锚固剂，确保其符合最根本的锚杆深度。操作人员有必要把预紧力施加在螺帽的特定部位上，将其限制于200 N的扭矩力。

2.2 锚索施工工艺

1）锚索施工工艺流程为：钻巷道顶部锚索孔→装树脂药卷→装钢铰线→搅拌药卷→装上托板、锁具→涨拉锚索→施工完成。

2）锚索钻孔的要求：锚索钻孔深度误差控制在0～+100 mm；其他要求与锚杆钻孔的施工要求一致。

3）锚索树脂药卷的搅拌，必须按以下步骤进行：首先，对于外观质量应当予以全面观测，在这之后把树脂药卷插入其中，保持药卷形态的完整，避免其失效现象的出现。在擦拭煤屑与水的基础上，要固定钢绞线，避免锚固力减小。其次，在钻孔底部应当送入钢绞线，在此过程中需要两名人员实现密切配合，对于抽拉锚索不要予以反复抽动。在相互配合的前提下，就能在孔底完全送入药卷。在必要时，可以把搅拌驱动器安装在下端的钢绞线位置上，确保钻机与锚杆之间能够紧密结合。在配合操作的同时，先要保持较慢的旋转速度，然后逐渐加快旋转速度，确保将其搅拌时间控制于半分钟以内。最后，在完成了全过程的搅拌操作后，需要等待2 min左右才能落下整个钻机。对于搅拌连接器实现卸下处理，然后进入后续的锚索孔操作中，确保内锚固与锚索之间能够紧密结合[2]。

2.3 混凝土喷射

先挖出墙基（底板以下100 mm），针对铺设的钢筋网与锚杆都要予以反复核验。一旦察觉到问题，则需立即处理。针对喷射操作中涉及到的杂物与矸石都要予以清理，对于水管路进行妥善连接。至于输料管路而言，应当保持整个管路的通畅，在这其中不要留有急转弯。接头应当符合严密性，避免漏风的出现。此外，对于输送原料专用的管路应当保持优良的抗静电性。针对喷浆机予以反复的核验，固定摩擦板并且防止漏风。

在喷射操作开始以前，要先把标志线悬挂于特定的位置上。具体在操作时，先喷射高压水，然后再去进行混凝土的全面喷射。必要时对其进行停机处理，一切正常后，方可继续喷浆工作。喷射时打开喷浆机后全断面喷雾，且使用除尘风机对喷浆机上料口、余气口进行除尘；喷浆时作业场所粉尘应控制在，最高浓度为2mg/m3、呼吸性粉尘最高浓度为0.5mg/m3以下。

3 支护质量要求

3.1 临时支护

每班综掘机应配置1名司机和1名副司机负责操作台工作，副司机负责观察指挥，把钢带放顶梁架上等工作，司机注意压力表，压力值必须达到10 MPa以上，且不大于16 MPa。往前探梁支架上预放金属网、钢带时，按照巷道中线将金属网、钢带摆正，避免左右不一样长。前探梁操作时应慢升慢降，根据设计间、排距，将金属网、钢带压在正确的位置。前探梁伸缩架必须伸至工作面，严禁空顶作业。

3.2 永久支护

严格按照施工中线和规程规定的间距布置锚杆，间距最大误差为±100 mm。打锚杆眼时，锚杆孔与岩面夹角不小于75°。安装锚杆时，必须先将树脂药卷推进到孔底方可搅拌，药卷的搅拌过程要一次完成中途不得间断。锚杆树脂药卷搅拌后的等待时间不小于2 min方可安装使用风动扳手预紧。锚杆、钢带垂直巷道中线布置，排列整齐成行成线紧贴岩面。锚杆的锚固长度不小于1200 mm，每300根锚杆（20 m）锚固力试验1组，每组不小于3根，并且挂牌管理，作好记录，检测牌版与检测记录一致。锚杆必须使用风动扳手紧固，安装后1～2 h必须重新对锚杆进行二次复紧。

4 结语

在复杂地质环境下的煤矿开采中，加强对煤矿掘进支护技术的运用是保证煤矿安全生产的一项重要措施。在煤矿开采作业过程中，要结合实际，因地制宜地采用不同的支护技术和支护工艺，确保煤矿生产的安全稳定。

[1]王衍学.煤矿掘进支护技术应用分析——复杂地质条件下[J].能源与节能，2014（12）：124-125；178.

[2]马添虎.连续采煤机在复杂地质条件下掘进和支护技术管理[J].科技视界，2014（7）：289；333.