奥德棚索协同支护在煤顶下巷道掘进中的应用

奥德棚索协同支护在煤顶下巷道掘进中的应用

郭飞

淮北矿业（集团）有限责任公司 袁店一井煤矿 ，安徽 淮北 235000

摘 要：针对袁店一井煤矿煤顶下传统支护中存在的索梁位置不科学，劳动强度大，施工进度慢的特点，分析煤顶下巷道掘进支护机理，创新提出“轻型棚+严背衬+及时索梁+关键处锁腿”支护方式，在满足巷道支护强度要求的基础上，实现了煤顶下巷道安全高效掘进的目标。

关键词：煤顶下掘进；棚索协同支护；安全高效掘进

0 引言

袁店一井煤矿，截至2020年12月底，袁店一井煤矿矿井资源储量35253.0万吨，可采储量14131.0万吨。其中8煤可采储量6062万吨，占比42.9%。中组煤（8煤）资源的利用对于保证矿井正常服务期限具有重要意义。袁店一井煤矿8煤采用放顶煤方式进行回采，放顶煤开采回采巷道掘进率减少，能缓解采掘接替紧张，对于实现矿井正常接替具有重要意义。袁店一井煤矿煤顶下掘进历经822掘进工作面、824掘进工作面、821掘进工作面，目前正在施工825机巷。其中822工作面平均每月掘进进尺70m，824工作面平均每月掘进进尺77m，821工作面平均每月掘进进尺85m，825机巷1-3月份平均进尺85m。巷道掘进速度

1 发现问题

825机巷，设计长度707m，煤顶下掘进，跟82煤顶板施工。其中82煤厚2m，81煤厚2.5m，夹矸2m。825机巷顶煤及夹矸松软破碎，巷道平均坡度14度上山。巷道采用U36可缩性支架进行支护，管撞楔超前支护，断面内布置7道锚索梁，锚索梁滞后迎头50m。巷道掘进过程中存在的问题如下：

1.1煤顶下掘进，围岩松软破碎，顶板及山墙管理难度大。

1.2巷道采用U36棚支护，斜巷重料挪移时安全隐患大，劳动效率低。

1.3巷道断面内布置7道锚索梁，工作量大；同时锚索梁滞后迎头较远，在松动圈扩大后，锚索钻孔成型差，锚固剂装入及锚索施工困难，耗工费时。

1.4巷道掘进进尺正规循环率完成情况不理想，多次出现巷道空帮空顶、管撞楔施工不正规、锚索梁滞后的情况。伴随工程质量不达标曾多次出现片漏现象，现场处理漏冒影响时间较长，且冒顶区域后期来压，棚子变形严重，影响正常使用。

1.5生产、检修队伍各自为战，频繁出现生产、检修相互影响及扯皮的现象，严重内耗，影响巷道正常进

尺。

2 施工方案

2.1解放思想，优化支护设计，减轻工人劳动强度

优化支护设计，坚持“被动支护治表，主动支护治本，用围岩支撑围岩”的理念。参照《淮北矿区地应力测试及应用研究》关于袁店一井煤矿地应力测试结果，825机巷所受地应力最大约为7.26Mpa，目前可缩性U29型钢支架的整体承载能力为0.08Mpa，可缩性U36型钢支架的整体承载能力仅为0.1Mpa，单纯提高U型钢强度对于提高支护强度作用甚微。改善巷道支护效果关键在于维护浅部围岩的稳定性，避免松动圈的扩大。

我矿在822工作面、824工作面、821工作面煤顶下掘进均采用U36棚。从现场支护效果来看，前期U型棚能紧贴围岩，并及时采用锚索梁进行补强的地段，巷道支护效果较好；反观架棚巷道空帮空顶处、锚索梁滞后的地段，特别是前期因冒顶顶板锚索施工难度大未进行锚索梁补强工的地段，U棚变形最为严重，有的甚至已经影响到正常生产。

为了保证矿井正常接替，袁店一井煤矿成立825机巷煤顶下高效掘进攻关团队，在充分总结袁店一井煤矿中组煤煤顶下巷道掘进施工经验的基础上，解放思想，提出“轻型棚+严背衬+及时索梁+关键处锁腿”支护方式。

2.1.1将U36型可伸缩U钢棚变更为U29型可伸缩U型钢棚。

2.1.2杜绝空帮空顶，严格壁后充填，保证支护棚受力均匀。

2.1.3将锚索梁滞后迎头50m的施工方法优化为顶板锚索梁紧跟前探梁施工，帮部锚索梁紧跟综掘机施工。

2.1.4将帮部的4道锁腿锚索梁优化为2道锚索梁，825机巷断面内煤厚2m，破底1.5m，取消设置在下部稳定岩石中的锁腿锚杆，采用锚索和工字钢对 U 型钢支架的关键部位进行加固。

原支护断面图

优化后支护断面图

2.2提高质量标准化管理水平，实现工程质量及文明环境动态达标，以正规循环作业倒逼科区管理水平提高，最终实现安全高效进尺

2.2.1规范超前支护，正规施工管撞楔，密切管控管撞楔外露、间距、角度等施工参数，保证超前支护有力可靠。

2.2.2严格壁后充填，充填的材料为巷道掘进出的碎煤矸，用编织袋装好后在支架架设过程中进行壁后充填，杜绝出现空帮空顶，确保支护U型棚受力均匀。

2.2.3严格落实主动支护，帮顶锚索梁滞后迎头不得超过措施规定，抑制松动圈扩大，保证支护效果，同时缩短了锚索施工时间，提高工人劳动效率。

2.2.4 围岩较为破碎时，严禁采用综掘机对上部煤岩体进行截割，短掘短支，人工挖掘。避免了处理冒顶及后期来压改棚。

2.2.5每周由生产管理部对825机巷正规循环率完成情况进行考核，根据考核结果对分管副区长及队长进行奖惩。同时对由于现场未按照正规循环作业要求造成的顶板事故，将严格队长矿一号文进行相应处罚。

2.3加强机电管理，杜绝生产、检修各自为战

2.3.1加强机电管理，牢固树立“精准检修”、超前预防性检修的理念，减少各类机电事故的影响。由机电副区长结合生产实际，制定详尽825机巷机电精细化管理计划，责任到人，并于4月底召开机电精细化管理现场会。

2.3.2将生产、检修队伍整合，统一布置任务、融合施工，营造相互配合、相辅相成的工作氛围。举办现场机电管理大讲堂，由检修班人员手把手指导生产班职工如何防范机电安全事故、提高设备使用寿命等优秀经验。生产过程中，小班施工人员在开工前主动对正在使用的机电设备进行隐患排查，对发现的问题详细记录在现场安全确认记录本上，检修人员抵达现场后第一时间对表处理，既提高了精准检修效率，又减少生产影响，提高掘进单效。

2.4 制定激励政策，打破大锅饭思维，增强工人市场化工资理念，提高工人劳动积极性

2.4.1每月进尺计划设置奋斗目标，在实现奋斗目标后，矿上额外给予奖励，利用市场化的杠杆提高工人劳动积极性。邀请经管部人员对二队工人进行2021年经营政策宣贯，让职工了解工资的构成，每米进尺的单价，超尺后矿上的激励政策。让职工切实明白进尺是保证收入的基本条件。

2.4.2运输区为825机巷施工保驾护航，利用单轨吊乘人车将工人直接转运至施工地点，实现迎头现场交接班，保证了单班劳动作业时间，同时又能使工人避免无谓的上山爬坡，将精力更好用在迎头进尺上。

3 取得的效果

袁店一井煤矿总结前期中组煤煤顶下巷道掘进施工的经验教训，创新提出“轻型棚+严背衬+及时索梁+关键处锁腿”支护新工艺，在满足巷道支护强度要求的基础上，实现了煤顶下巷道安全高效掘进的目标。

3.1掘进单进大幅提高

从4月初，825机巷开始尝试采用“轻型棚+严背衬+及时索梁+关键处锁腿”支护形式，经过近一个月的摸索实践，现场施工工艺日臻成熟，正规循环率完成情况较好。5月份825机巷煤顶下掘进进尺132m，6月份825机巷煤顶下掘进进尺144m，大大缓解了我矿中组煤接替紧张的现状。

3.2 支护状况良好

采用锚索和工字钢对 U 型钢支架的各关键部位进行加固，顶底板最大变形量仅为 73 mm，最大变形速率为 1.22 mm/d；两帮最大变形量为 101 mm，最大变形速率为 1.68 mm/d，并在较短时间内趋于收敛。

3.3经济效益十分显著。

采用新工艺后每棚节省量：1副卡缆，规格：KL36U-100/16；4根锁腿锚杆，规格：MSGLW-335 φ22×3000mm；8根树脂锚固剂，规格：MSZ2550；U36棚变更为U29棚；6副U36棚卡缆变更为6副U29棚卡缆。

每棚节约费用（元）：

73.43+4×49.31+8×1.85+11.95×（39-29）×4.81+6×（73.43-53.61）=979.19

4月初至6月底，采用“轻型棚+严背衬+及时索梁+关键处锁腿”新工艺共计施工356m，架棚棚距为0.75m，共计节约材料费：

356/0.75×979.19=464788.85元

4 结语

袁店一井煤矿施工的825机巷为煤顶下掘进，传统支护存在工人劳动强度大，索梁位置不合理，正规循环率低等问题。本文通过分析煤顶下巷道掘进支护原理，创新提出“轻型棚+严背衬+及时索梁+关键处锁腿”支护工艺。现场实践证明，该支护有效提高复合顶板稳定性，降低了支护成本及劳力费用，加快了巷道支护速度，提高了巷道掘进效率，取得了显著经济、安全效益，对于淮北矿区相似地质条件下巷道掘进具有一定的借鉴意义。

参考文献：

［1］张宏学，张继华，姚卫粉，卢小雨，王运臣.棚索协同支护锚索间距理论研究与应用[J].岩石力学与工程学报，2011，28(2)：209-213..

［2］荆升国.高应力破碎软岩巷道棚-索协同支护围岩控制机制研究[D].徐州：中国矿业大学，2009.

［3］姜耀东，王宏伟，赵毅鑫，等.极软岩回采巷道互补控制支护技术研究[J].岩石力学与工程学报，2009，28(12)：2383-2390.

［4］李世波.下组煤复合顶板巷道锚杆架棚联合支护实践[J].河北煤炭，1994（4）：38-40.

［5］谢文兵，荆升国，王涛，等.U 型钢支架结构稳定性及其控制技术[J].岩石力学与工程学报，2010，29(增刊2)：3743-3748.

作者简介：郭飞（1985-），男，安徽淮北人，工程师，2011年毕业于安徽理工大学采矿工程专业，现从事煤矿安全管理工作。Tel：18709818869；E-mail：280505097@qq.com