浅谈煤矿井下三软煤层十字头施工技术

荆刚　李锋　史刚昊

摘 要：浅谈在煤矿井下三软煤层扩修和掘进过程中，通过改进十字头支护方案和施工工艺，较好的控制了煤层顶板，保证了施工安全，延长了巷道服务年限，突出该技术的安全性、优越性。

关键词：三软煤层；十字头；支护方案；施工工艺；安全；优越

1 概述

三软煤层是指煤矿开采中遇到的：软的顶板岩层、软的主采煤层和软的煤层底板岩层。在该类煤层中施工时，顶、底板较难控制，普遍存在漏冒现象，特别十字头施工时，较之正常施工时跨度大，顶板更容易漏冒、垮落，出现冒顶事故。故在三软煤层十字头施工中，如何控制顶板是安全控制的关键。

2 工程概况

某煤矿建井较早，三软煤层，因采动影响，井下扩修和施工时，巷道顶板破碎严重，经常出现漏冒现象。现就一工作面十字头为例：该十字头属于在皮带下山一侧一工作面上巷的开口位置。在开口前必须先对皮带下山扩修，然后搭设十字头，确认安全后方可开口。皮带下山年久失修，支护形式为顶板锚网+12#工字钢棚支护，棚距600mm（中-中）。扩修采用顶板锚网+36U型钢棚支护，棚距600mm（中-中），锚杆间排距为800×800mm，十字头位置跨度为6m，设计采用锚网+36U型钢抬棚+工字钢穿杆方式进行施工。

3 提出问题

十字头跨度较大，煤层松软，顶板破碎。施工时采用怎样的施工方案能确保施工的安全性，以及支护的牢靠性，同时减少修复率和延长巷道服务年限。

4 施工方案

4.1 传统施工方案

传统的方法采用从十字头位置开始时，小炮掘进，每平方米打设1根木点杆进行临时支护，并及时锚网支护，最后待十字头施工完毕后及时搭设两侧抬棚，背设穿杆。

该项施工方案，在三软煤层中，普遍使用的2m长锚杆经常出现锚注无效的现象，对顶板达不到有效的主动支护。而6m长的大跨度，巷道压力较大，临时支护木点杆极易出现劈裂现象，且每平方米1根的打设密度造成施工现场空间的局限性。

4.2 改进施工方案

施工至十字头位置时，根据煤层实际情况，首先对顶板打设煤层探眼，探明煤层上部岩层位置。然后确定主动支护方案确保顶板的安全性。经探明巷道顶板距离上部岩层位置为6.5m，考虑选足够长的锚索进行主动支护，保证药卷在岩体中锚注。但因煤体松散，在锚索施工时易出现堵孔和送药卷困难现象，同时为增加皮带下山的服务年限，可首先进行顶板注胶。

4.2.1 顶板注胶。煤层顶板注胶，选用常见的马丽散注胶加固破碎顶板技术，马丽散作为一种高分子注浆材料，它有马丽散树脂、马丽散催化剂发生集合反应生成聚亚胶脂产品，具有高度的粘合力和很好的机械性能，注入松散煤体后可高度粘合，低粘度的混合溶液保持液体几秒钟渗透松散裂缝内，开始膨胀、胶结，有效的加固了煤体松动圈，使加固区域内煤体形成一个整体，提高了围岩整体承载力，杜绝了漏冒现象。具体特点：（1）粘度低，能很好的渗透乳细小裂缝；（2）具有很好的黏合能力，可与松散煤体很好的黏合；（3）凝固后具有很好的柔韧性；（4）可与水反应并封闭水流；（5）提高煤岩支撑力，机械阻力高。注浆采用双液注浆系统，设备采用2台ZBQS-8.4/12.5型氣动注浆泵，注浆管4根φ13mm的高压胶管40m，封孔器规格2.0m，1把注射枪，马丽散树脂和马丽散催化剂的体积比为1：1，重量比为1：1.17。

工艺流程：首先打眼铺设注浆管和供风管—安装封孔器—安装注浆泵和高压枪—吸管分别插入两个药桶内—注浆—达到设计压力—冲洗机具—停泵—拆卸注射枪。

通过注浆解决了顶板破碎、松软，施工时易漏冒的问题，提高了围岩的稳定性和施工的安全性。

4.2.2 主动支护。锚杆、锚索主动支护，选用锚索规格为φ17.8mm×8000mm，可保证锚索在岩体中锚注长度不小于1m。同时采用成对打设的方式，两根锚索绳共用一块400mm长的12#工字钢短节作为托盘，共用工字钢短节托住十字头穿杆。锚杆规格为φ20mm×2200mm的等强树脂锚杆，间排距为800×800mm。锚杆、锚索的联合主动支护使整个十字头区域内巷道顶板成为一个整体，增强了巷道的支撑力和稳定性。

4.2.3 施工工艺

当扩修架设36U型钢棚至十字头位置时，提前1.2m变更支护为锚网索+12#工字钢棚对子棚支护。施工采用放小炮松动掘进，提前联系测量组给出十字头上侧三抬棚位置，施工单位严格按照该位置架设三抬棚。抬棚梁长4.4m，腿长3.5m。抬棚梁距巷道顶板空顶时预留200mm的空间，以备穿杆施工。施工过抬棚位置后，放炮时巷高要求比原巷道高出400mm空间（预留架设临时棚和穿杆的位置），同时按照600mm（中-中）棚距进行锚网+架设工字钢单棚支护，一棚一循环（必要时可缩小循环棚距），待施工至里侧三抬棚位置时，与外侧三抬棚同样的方法进行施工。待两侧三抬棚均施工完毕后，及时在抬棚梁上预留的空间按照设计数量施工穿杆，此时工字钢棚的棚腿影响其他巷道开口或者其他工作时可以拆除。整个施工过程均在有效可靠的支护下进行，无空顶现象，真正保证了施工的安全性。

4.2.4 注意事项

（1）施工期间，施工单位先检查并加固施工地点前后10米范围内的巷道支护，确认顶板胶结良好，锚杆打设锚注有效，现场确认安全后方可施工。（2）整个施工过程中，必须设专人看顶，发现不安隐患立即撤出所有工作人员并及时汇报，采取措施进行处理，处理好后方可继续施工。（3）穿杆施工时，必须保证与工字钢棚梁和三抬棚梁接紧、接实，不实处加木垫板或大头楔楔实。（4）整个施工过程中，架棚必须迎山有力，严禁有推么、倒仰棚；出现空顶必须用坑木背严背实。（5）锚杆、锚索支护巷道抽查锚杆时，必须不低于设计锚固力，严禁超设计值做破坏性试验。不合格的锚杆、锚索必须重新进行补打。（6）施工十字头时，必须连续施工，当班若未完成必须在下一班连续施工，严禁停顿。

5 效果分析

针对该矿煤层实际情况，改变施工方案，临时支护采用锚网+工字钢单棚支护，永久支护采用顶板注胶+锚杆、锚索+穿杆+抬棚的支护方式。整个十字头施工安全顺利完工，且支护可靠，锚杆、锚索均达到了设计的锚固力，穿杆和抬棚的配合布置使十字头整体上美观、空间上开阔，断面尺寸符合要求，通风效果良好，为工作面上巷的开口提供了很好的环境条件。另外在该十字头中间位置安装顶板离层仪，经过长期观察，顶板在半年内下沉数据显示不到3.9mm，抬棚梁腿和穿杆均无明显变形。大大降低了修复率，提高了巷道的服务年限。

6 结束语

文章通过对某煤矿三软煤层十字头实际情况的分析，改变支护方案和施工工艺，加固了破碎顶板，加强了支护，安全顺利的完成了施工，同时降低了十字头的修复率，延长了服务年限，具有良好的安全效益和经济效益，体现了该施工技术的安全性、先进性、优越性。

参考文献

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[2]东兆兴，吴良士.井巷工程[M].徐州：中国矿业大学出版社，2009.

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[4]张农，高明仕，许兴亮.煤巷预拉力支护体系及其工程应用[J].矿山压力与顶板管理，2002，19（4）：1-4.

作者简介：荆刚（1986-），男，河南义马，助理工程师，2009年毕业于中国矿业大学，现在永兴工程有限责任公司生产技术部从事生产技术管理工作。