掘进工作面临时支护技术研究与应用

任利冬

（山西煤销集团金达煤业有限公司 山西吕梁 032300）

巷道掘进作为煤矿生产系统的重要组成部分，是工作面安全高效回采的前提[1-2]。近年来由于掘进技术装备的不断发展，巷道掘进效率得到了较大幅度的提高，在一定程度上缓解了采掘失衡，然而，由于掘进端头作业空间有限，成巷初期巷道围岩稳定性差，若不能及时支护，巷道顶板破碎岩块极易发生脱落，有时会导致人员伤亡和设备损坏。因此端头区域的及时支护对巷道安全掘进具有十分重要的意义[3]。本文以金达煤矿10401 工作面运输顺槽为工程背景，对巷道临时支护技术进行了研究，为掘进工作面安全快速推进奠定了基础。

1 工程概况

10401工作面所采煤层为石炭系下统太原组10号煤层，煤层平均厚度为6.5 m，采用综放工艺进行回采，其中采2.8 m，放3.7 m。10401 运输顺槽布置于10 号煤层内，沿煤层底板掘进，巷道设计为矩形断面，掘进宽度为4.5 m，掘进高度为2.8 m，掘进长度为1 520 m。巷道顶板为部分煤层，煤层上部直接顶为砂质泥岩，平均厚度为7.3 m，砂质泥岩上位基本顶为K2石灰岩，平均厚度为4.1 m；巷道底板为泥岩及砂质泥岩，平均厚度为3.8 m。

巷道采用锚网索加钢带联合支护，顶板采用为φ20×2 400 mm 型左旋无纵筋螺纹钢锚杆支护，加长锚固，间、排距均为1 000 mm；顶板锚索采用φ17.8×5 300 mm 型高强度钢绞线支护，间距为1 800 mm，排距为2 000 mm。两帮均采用φ20×2 400 mm型左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间距为1 200 mm，排距为1 000 mm。

2 掘进临时支护技术

在以往的掘进过程中，锚杆支护时间长、端头区域空间有限，施工相对困难，在一定程度上制约了掘进速度，此外空顶区域破碎岩层时有冒落，给工作面带来了一定的安全隐患。

基于上述存在的问题，为掘进端头区域的安全性及推进速度，优化施工工艺，在工作面端头区域布置了ZL2×1400/21/29 型超前临时支护装置，布置于掘进机上部进行及时支护，主要技术参数如下：

高度范围： 2 100 mm～2 900 mm

支护宽度： 4 000 mm

额定工作阻力：2 800 kN（P=30 MPa）

额定初撑力： 1 865 kN（P=20 MPa）

立柱内径：φ145 mm

支护强度： ＞0.05 MPa

底板比压： ≤1.5 MPa

支架控制方式： 手动/遥控

图1 ZL2×1400/21/29型超前临时支护装置

临时支护装置采用“内外”配套式结构，有两架单元体支护装置组成，通过顶梁连接，支护单元体设计为窄型底座及框架式整体顶梁，并采用窄型四连杆机构，底座之间通过推移油缸连接，可随着工作面推进通过推移油缸推拉实现及时移架，支撑装置整体结构紧凑、稳定，对顶板适应性强，可充分发挥“以护为主，支、护结合”的作用效果，支撑装置初撑力可根据巷道破碎情况及时调整，最大限度的降低对巷道顶板的影响。支撑装置在临时支护范围内可与锚杆实现协同支护，同时可有效防止顶板破碎大块度岩体冒落造成的人员伤亡和设备损坏，提高了掘进工作面安全性。

临时支护装置移架工艺：掘进机掘进一个循环后停止掘进，外侧支架降架，及时伸出推移油缸，外侧临时支护装置向前移动而内侧支架保持支护状态不动，及时支护巷道空顶顶板，之后通过收缩推移油缸，外侧支架保持支护状态不动，内侧支架降架向前拉移，完成一次支护循环，在议价过程中始终有一架支架处于支护状态，可充分维护巷道顶板。

3 掘进工艺优化

10401运输顺槽采用EBZ120型掘进机掘进，以往的掘进过程中采用随掘随锚的及时支护方案，即进尺1 000 mm 后掘进机停机，及时铺设金属网及钢带，在顶板打设5根顶锚杆，同时在每帮打设2根帮锚杆，最下部帮锚杆及顶板锚索滞后工作面支护，工作面月均掘进距离为240 m。

采用ZL2×1400/21/29 型超前临时支护装置后，支护工艺变为：掘进过程中临时支护装备随掘进机及时移架，掘进机连续进尺2 000 mm 后停机，人工补打锚杆，其中顶板每排预先布置3 根锚杆，中部布置1 根，两边分别布置1 根，两帮按“1-2-1”的形式打设锚杆，当某一帮预先打设1根锚杆时，锚杆打设在帮部上方，另一帮对应打设2 根锚杆，布置于帮部上方及中部。在预先打设的锚杆及临时支护装置的共同支护下巷道可以保持相对稳定，剩余帮部下方锚杆锚杆及顶板锚索在掘进机后方打设，缩短了前期打设锚杆所消耗的时间，有助于加快掘进速度，提高掘进效率。

4 应用效果

ZL2×1400/21/29型掘进工作面临时支护装置布置于10401工作面运输顺槽，目前巷道移近掘进完毕，井下使用期间掘进工艺得到了一定的优化，巷道总体掘进时间与以往相比缩短了约40%，巷道月平均进尺提高至390 m，提高了62.5%。此外，使用期间在支护范围内巷道围岩保持了整体稳定，无破碎岩块冒落现象发生，与锚杆具有良好的协同支护效果。

5 结语

本文以金达矿10401综采工作面运输顺槽为工程背景，并针对以往无临时支护掘进工作面存在的问题，确定了巷道掘进工作面临时支护方案，优化了施工工艺。现场实践表明，使用类型临时支护装置后，在保持巷道顶板稳定的基础上，掘进速度得到了提高，具有良好的安全技术及经济效益。