唐安矿三盘区南翼回风大巷支护工艺研究

李介红

(山西兰花科技创业股份有限公司唐安煤矿分公司，山西高平048407)

1 地面相对位置及邻近采区开采情况

南翼回风大巷工作面对应地面范围内主要是大山覆盖，有少量农田，无民房及其他建筑，临近沁辉路老马岭隧道。三盘区南翼回风大巷位于三盘区轨道运输大巷的南侧，西为三盘区边界保安煤柱;东为实体煤岩体。所掘巷道在三盘区轨道巷、皮带巷、专用回风巷南侧，沿顶板掘进，对所开掘巷道影响不大。

2 煤(岩)层赋存特征

根据地质资料及已掘出的巷道暴露情况，三盘区南翼回风大巷全段为煤巷。根据2012 年瓦斯等级鉴定报告，掘进工作面最大瓦斯涌出量为1.16 m3/min。煤层不易自燃，无爆炸性。该段地质构造简单，无特殊地质构造。根据三维地震勘探及相邻巷道掘进情况，三盘区南翼回风大巷工作面煤层呈单斜构造，东高西低。三盘区南翼回风大巷工作面在掘进范围内无异常地质构造。施工中出现地质条件变化，应制定相应施工技术措施。根据地质资料及已掘出的巷道暴露情况，此巷道正常涌水量11 m3/h，最大涌水量20 m3/h，有顶板淋水或底板渗水现象，水文地质条件简单，但在施工过程中应注意涌水量变化和煤岩层变化。

3 巷道布置及支护说明

3.1 巷道布置

三盘区南翼回风大巷方位角290°沿煤层顶板掘进。该工程所涉及断面为直墙半圆拱形断面和矩形断面，以下为断面数据:宽×高=5 000 mm×3 200 mm，毛断面面积S=16 m2。

3.2 支护设计

根据巷道的围岩性质、围岩强度、地应力分析、临近巷道资料及巷道服务年限和《唐安煤矿岩巷快速掘进施工工艺技术研究实施大纲》《井巷围岩控制及锚杆支护技术研究课题报告》《山西兰花科创唐安煤矿分公司三盘区巷道支护技术研究课题总结报告》，对本工作面的支护方案进行了设计和支护强度的计算。设计得出如下结论:

3.2.1 基本支护方式:锚杆+钢筋梯子梁+菱形金属网

加强支护方式:快速承载预应力锚索。锚杆材料:高强度螺纹钢锚杆(25MnSi)。锚杆直径:Ф =20 mm。锚杆长度:L =2 200 mm，钻孔深度2 150 mm。锚杆排距:B=900 mm。顶板锚杆间距:D=900 mm，边锚杆距巷帮250 mm，并要求向巷帮倾斜20°，每排布置6 根顶锚杆。帮锚杆间距:D =900 mm，最下部一根锚杆间距850 mm，上部锚杆距顶板250 mm，并向上倾斜20°;下部锚杆距底板300 mm，垂直巷帮布置。下部锚杆在支护完成后，滞后不大于5 排的距离进行护帮时施工。锚杆锚固剂:每孔使用S2360 型和Z2360 型树脂锚固剂各1 卷。锚杆梁:采用Ф14 mm 钢筋焊接成梯子梁。在布设锚杆处焊接锚杆卡栏，锚杆需安装在卡栏内。锚杆托板:150 mm ×150 mm ×10 mm钢板压制穹形托板。

3.2.2 辅助材料

网:12 号铅丝编织成的网孔尺寸为50 mm ×50 mm 的菱形金属网，顶网片尺寸为长×宽=10 000 mm×1 050 mm，每排一片，网片间搭接100 mm，每隔200 mm 用Ф2 mm(14 号)铁丝联网2 道。锚索材料:1 ×19 股钢绞线。锚索直径:Ф=22 mm。锚索长度:L =7 200 mm，钻孔深度7 000 mm。锚索排距与间距:每排2 根，间距2 000 mm，距巷帮1 500 mm，排距 B =1 800 mm，锚索垂直顶板岩面。锚索锚固剂:每孔使用S2360 型树脂锚固剂1 卷，Z2360 型锚固剂2 卷。锚索托板:长×宽×厚=300 ×300 ×16 mm 的穹形多功能钢板托板。

4 支护工艺

4.1 临时支护

4.1.1 ZLJ－10/21 型机载临时支护

临时支护采用ZLJ－10/21 型机载临时支护。当掘进机完成掘割装煤作业后，将截割头放下，并用皮带盖好，然后再按照下列程序工作:先检查支护各部位零部件管路是否正常，再把两位三通阀打到支护位置，打开掘进机泵站开关，给支护供油。把支护用的钢筋梯和网片放在顶梁架上用磁铁吸好，向前推动支护主架和顶梁架液压控制手柄，这时，主架和顶梁架由拆合状态，慢慢平稳打开，支护在打开时，副司机应注意观察支护各关节管路是否有不正常现象，钢筋梯、网片是否有挂着现象。开到所需要的角度和位置再升主架，升到巷道顶板，把钢筋梯和网片压紧至巷道顶板，施工人员就可以在临时支护下安全进行打孔、安装锚杆等工作。

4.1.2 前探梁托网、锚杆梯子梁临时支护

1)支护材料及数量:①悬挂前探梁钩环(可调节螺栓型)4个(每根2 个)。②前探梁为2 寸圆钢管2 根(3 m 长)。③永久支护的网、锚杆梯子梁。④木板2 块(长200 cm、宽15 cm、厚5 cm)及木楔。

2)架设方法:割煤后，掘进机全部退于工作面后3 m 永久支护下，降下截割臂，闭锁掘进机。进行严格的敲帮问顶，确认无安全隐患后，2 人各站在巷道两帮(且站在永久支护下)共同配合将已联好的网及锚杆梯子梁托起，然后另派2 人站在梯子上安装悬挂前探梁所用环，并将两根前探梁分别从环中穿过，挑网、锚杆梯子梁，站在梯子上的人员要将网铺平拉直，并将网临时与永久支护的网连好，然后在前探粱前端放置木板，同时调节螺栓固定前探梁，与空顶板区顶板接实，有空隙地方，使用木楔进行接实。以后的每一次临时支护，前探梁不再取下。等机组把巷道割成形后，机组退于永久支护下，仍按上述程序临时支护。

3)临时支护工艺流程:退机降下截割臂——闭锁掘进机—敲帮问顶找掉活矸—抬锚杆梯子梁、网到工作面—托起锚杆梯子梁、网(人员站在永久支护下)—前移前探梁挑住网、锚杆梯子梁—临时支护空顶，上木板，同时调节螺栓固定前探梁，接实空顶区顶板—永久支护。

4)质量要求:顶上锚杆梯子梁孔要与永久支护的锚杆梯子梁孔在一条线上，临时支护的排距与永久支护的排距一致。

5)空顶距要求:最大空顶距 1 200 mm，最小空顶距300 mm;若顶板破碎压力大时，另制定具体技术措施。

4.2 永久支护工艺流程

4.2.1 施工锚杆

锚杆孔深度比锚杆长度短100 mm，顶板锚杆每孔用2 卷树脂锚固剂，双速卷(S 型)在上，中速卷(Z 型)在下。每循环锚杆支护的施工工艺为:临时支护——铺设顶网、钢筋梯子梁——打顶板中间的锚杆孔——装树脂卷——安装中间顶板锚杆——用锚杆机搅拌树脂卷20 ～25 s，停30 s 左右，拧紧螺母(不＜150 N·m)——打顶板南帮边锚杆孔并安装锚杆(打北帮边锚杆时可以支护南帮)。

4.2.2 施工锚索

紧跟迎头进行顶板快速承载小直径锚索施工。钻孔深度比锚索长度小200 mm。每孔用1 卷S2360 型和2 卷Z2360 型树脂锚固剂。安装锚索时，将S 型树脂卷放在孔底(红色朝上)，将Z 型树脂卷依次向外。将锚固卷放入孔内后，由2 人用锚索将药卷轻推至孔底，上好锚索安装器。开始时，锚杆钻机在低速下转动，均匀用力将锚索往里推，当锚索外露1.5 m 左右时，再快速转动锚杆钻机，最终锚索外露150 mm ～250 mm，快速搅拌20 ～25 s 后停止，保持锚杆钻机向上推力1 ～2 min后，方可撤下锚杆钻机，取下锚索安装器。30 min 后，上好锚索托板和锁具，进行张拉预紧力。在张拉时，要密切注意张拉泵压力表的读数，张拉泵压力表读数达到150 kN 时停止。

5 结语

综上所述，本文以三盘区南翼回风大巷掘进工作面为例，科学分析并合理设计了顶板永久支护及临时支护，确保了矿井掘进工作面顶板的安全管理。