掘进工作面分次支护技术的应用分析

张文雄

（华阳集团新能股份有限公司一矿，山西 阳泉 045008）

在巷道掘进后期，华阳一矿主要使用锚网支护技术，施工过程中容易受到其他客观、人为因素的影响。随着矿井产能持续释放，掘进效率不高、单进水平低等问题日益凸显，施工工艺落后，传统掘进格局尚未打破，仍然停留在截割、运煤的半机械化作业，其他环节仍大量依靠人工作业，且“掘支运平行作业”尚未得到大量推广，与当前打造“高产高进”矿井要求显得格格不入[1]。因此，为了提高巷道的掘进施工效率，提高单进水平，保证平行作业，在原有掘锚技术的基础上实行分次支护，从而提高煤矿企业矿井巷道掘进效率，降低生产成本，确保生产安全。

1 工作面概况

1.1 四采区东辅助回风巷概况

四采区东辅助回风巷地表相对位置位于李家梁以东、臭石岩沟北、小西沟以南、吴家掌风井以西。井下相对位置位于四采区东部、8403工作面切割巷以东、西大巷轨道大巷以南、二采区边界以西、三矿井田以北。

四采区东辅助回风巷是沿15号煤层基本顶掘进的半煤岩巷，巷道设计长度为1 000 m，巷道坡度最小为1°，最大为6°，平均为4°。

1.2 巷道断面支护形式

顶板采用“W钢带+锚杆+锚索+经纬金属网”联合支护，钢带使用BHW-1040-280-4-5600的6眼W钢带；即钢带眼内全部布置锚杆，锚杆采用Φ20 mm×2 200 mm的左旋螺纹钢锚杆，托板使用150 mm×150 mm×10 mm的拱型托板+调心球垫+尼龙垫圈，锚固剂为MSCK23-60型树脂锚固剂。锚索布置方式采用三花布置，将锚索布置在钢带和钢带之间的中心线上，第一排锚索布置在巷中心线位置，第二排2根锚索布置于距两帮各1 810 mm处，间距2 080 mm，依次交替布置，锚索采用Φ21.8 mm×5 200 mm的钢绞线，托板使用300 mm×300 mm×14 mm的可调心拱型托板+调心球垫，锚固剂使用MS双速23-120型树脂锚固剂，顶网使用6 500 mm×1 200 mm的菱形网。

1.3 四采区东辅助回风巷围岩条件

工作面煤层赋存稳定，结构复杂，煤层埋藏深度在340~519.9 m之间，煤层总厚度最大为6.01 m，最小为5.40 m，平均煤厚5.95 m，直接顶为厚4.55 m的黑色泥岩，基本顶为厚7.55 m的灰色石灰岩，直接底为厚2.4 m的黑色砂质泥岩。

2 矿压观测方案

2.1 矿压观测内容

2.1.1 观测目的

为了提高单进水平，保证平行作业，验证巷道顶板完好时顶锚索滞后40 m范围内的顶板离层情况和变化规律[2]，从而为支护设计和施工组织提供数据支撑和理论依据。

2.1.2 观测方法

分别于2月23日、3月6日在煤头安设1组YHY300本安型围岩位移测定仪及MCS-400矿用本安型锚杆（索）测力计，以加强对顶板离层监测及巷道围岩应力监测，并对所在区域顶板钻孔进行窥视分析，利用FCH2G/1矿用本安型手持采集器进行数据收集，通过分析软件对所收集的数据进行处理，而后得出结论。

2.1.3 观测采集频率

在锚索滞后40 m范围之内，通过围岩位移测定仪及窥视观测钻孔，每日进行观测，并对数据进行收集分析，对于40 m之外情形，每周进行监测即可。

2.2 离层监测变化曲线图（见下页图1、图2）

由图1的围岩离层监测数据曲线图可以看出：1）深基点A从2月23日至3月12日曲线始终在0位，表示未离层；

图1 阳煤一矿四采东围岩离层监测数据曲线图（测点1）

2）浅基点B从2月23日至3月12日曲线始终在0位，表示未离层；

3）深基点A与浅基点B之间从2月23日至3月12日曲线始终在0位，表示未离层。

由图2顶板位移原始曲线图可以看出：

图2 阳煤一矿四采东顶板位移监测数据曲线图（测点2）

1）深基点A从3月6日至3月12日曲线始终在0位，表示未离层；

2）浅基点B从3月6日至3月12日曲线始终在0位，表示未离层；

3）深基点A与浅基点B之间从3月6日至3月12日曲线始终在0位，表示未离层。

2.3 MCS-400矿用本安型锚杆（索）测力曲线图

MCS-400矿用本安型锚杆（索）测力数据分析曲线图如图3、图4所示。

图3 MCS-400矿用本安型锚杆（索）测力曲线图（1号分机）

从图3的采集数据及压力变化曲线分析看出，1号锚杆测力计初始值为15.62 kN，最小值为11.23 kN，变化值为4.39 kN，说明顶板围岩稳定，压力表曲线呈稳定趋势，数值未出现突然变化情况。

从图4采集数据及压力变化曲线分析看出，2号锚索测力计初始值为142.09 kN，最小值为141.11 kN，最大值为157.23 kN，变化值为16.12 kN，说明顶板围岩稳定，压力表曲线呈稳定趋势，数值未出现突然变化情况。

图4 MCS-400矿用本安型锚杆（索）测力曲线图（2号分机）

3 结果分析

从采集数据及离层监测数据变化曲线分析看出：

1）2月23日在煤头安设1组YHY300本安型围岩位移测定仪，期间只施工中间锚索，其余锚索滞后，共计滞后锚索40排，约为40 m左右，2月28日所有滞后锚索均补到位，支护达到设计强度[3]。从数据报表及曲线图分析，深基点A、浅基点B均无变化，未见离层。

2）3月6日在煤头安设1组YHY300顶板位移检测仪及MCS-400矿用本安型锚杆（索）测力计，期间只施工中间锚索，其余锚索滞后，共计滞后锚索41排，约为40 m左右，3月11日所有滞后锚索均补到位，支护达到设计强度，试验结束。从数据报表及曲线图分析，深基点A、浅基点B均无变化，未见离层，压力表呈稳定趋势，数值未出现突然变化情况。

3）当正常锚索补齐超过试验区后，3根锚索均补到位，达到设计强度，后持续观测，从数据报表及曲线图分析，深基点A、浅基点B均无变化，未见离层，压力表呈稳定趋势，数值未出现突然变化情况。

4 结语

通过两次试验以及对相关各类数据分析，实验区顶板围岩稳定，支护安全可靠，未出现离层和矿压较大显现。因此，采取一次支护紧跟煤头，二次补强锚索（隔1排2根）滞后40 m补打的分次支护方案，既能保证现场施工支护安全需求，又能有效提升平行作业效率，充分释放了掘锚一体机的高进性能。下一步可在华阳一矿四采区东进行持续推进和观察评估，为后续全矿工艺创新提供试验数据资料，并可作为推广依据。