破碎煤層巷道掘進及支護技術

1 工程概況
　　該煤礦平均傾角為17°，巷道長度為256m，斷面形狀為梯形。煤層掘進時見頂見底，當其厚度較低時，要使底板保持水平狀態，則需要進行破底施工。
　　巷道中部有些區域形成了厚度為0.5～1.0 m的復合泥巖頂板，煤層上部為砂質泥巖，所以其整體結構比較垮落。深部開采時，煤層賦存較深，巷道壓力較大并發生明顯變形，因此，增加了巷道掘進施工的難度。
　　2 掘進與支護難度分析
　　對掘進難度進行分析。在進行掘進時，主要機械是綜掘機，一個循環進刀兩次，循環進尺量最高為1600m。由于巷道內礦壓變化劇烈，導致從巷道開口處頂板就開始塌落和離層，偽頂的厚度可以達到0.8m，這種情況下，掘進機一旦進行割煤作業，很容易導致巷道頂板的巖層巖塊發生脫落，從而使巷道的頂板高低不平，松軟的巷道圍巖還會致片幫的出現。分析當前巷道的掘進，發現施工效率低，且單日的進尺量較小，巷道難以成型。
　　臨時支護。井下比較常用的臨時支護方式是輕型單體液壓支護，這種支護方式對于較為松軟的煤層來說，無法解決其導致的壓力變化，致使采空區圍巖具有明顯的壓力變化，臨時支護時，易發生頂板破碎和離層，影響礦井施工過程的安全。
　　永久支護。由于巷道本身的圍壓穩定性較差，并且偽頂較厚，所以巷道的頂板在短時間內很可能出現離層和破碎的情況，而偽頂局部容易出現多次垮落，因此，要實現高效的開采，就必須首先對巷道進行及時、高效的支護。
　　3 技術方案
　　3.1 短掘短支及超前支護
　　針對當前開采煤層的實際情況，使用EBA-132型掘進機進行巷道的掘進，割煤與自行裝煤同時進行。考慮到深部煤層開采時，其頂板壓力會發生明顯變化，易出現破碎和頂板離層冒頂的情況，因此掘進時要短掘短支的方式，減少循環進尺量到800mm，在割煤時，在兩側留出足夠的空間，目的是使兩幫的圍巖免遭破壞并保持穩定。
　　進行深部煤巷的掘進時，無論使用哪種掘進方式，冒頂、片幫、控頂距較大或者沒有及時支護等問題都會發生。所以需要對巷道進行超前支護，目的是對臨時支護進一步強化。包括的支護工藝：第一，在截割部安裝主架和頂梁架，使用液壓傳動手柄對其進行控制，在掘進時，如果需要臨時支護，則可以撥動液壓傳動的手柄至支護檔，之后將液壓泵站打開，注入高壓液至液壓支架內。之后安裝鋼帶和網片于支架的頂梁架上位于中線的地方，固定時使用的是磁鐵裝置，采煤機的司機可以通過控制操作手柄，分離主架和頂梁架，放置支架到所需位置。其次，可以進行液控手柄的調節，使得頂梁上升并到達頂板位置時，巷道的中線與其中線位置相重合，鋼帶和網片被壓實到頂板上，掘進機的護幫板壓到煤壁上。
　　3.2 錨網索耦合支護
　　選取錨桿的長度時，主要依據是煤壁和頂板的破壞范圍大小。已知煤壁的破壞深度是1.34m;頂板破壞范圍的等效半徑為2.1m，松動圈范圍為1.08m，將錨桿的長度初步確定為2200mm，支護深度為700mm，外露100mm。還要對關鍵的地方進行加強支護。同時，為了降低應力的集中，使用錨索進行支護使圍巖的變形量減小。
　　根據該煤礦正在開采的采區特點，進行巷道掘進時，使用的支護方式為錨網帶和錨網索的聯合支護方式。頂板支護的支護模式為Φ20mm×2200mm 高強錨桿+金屬網+鋼帶，使用左旋螺紋型高強度錨桿，間距為750mm×800mm，金屬網的規格為1000mm×2000mm，網格尺寸為70mm×70mm;對兩幫進行支護時，選用的支護模式為Φ18 mm×2200 mm 高強錨桿+金屬網+鋼帶，錨桿的間距為800mm×800mm。
　　4 效果分析
　　通過以上支護方式及工藝的實際運用，極大地提高了巷道的質量及穩定性，同時出現冒頂和片幫的概率得到有效降低，掘進施工的效率提高。通過安裝礦壓監測系統可以監測圍巖壓力的變化，從而驗證支護效果。監測時間達到50天左右時，頂板的最大離層值為30mm，離層的最大速率為7mm/d，兩幫的移近量最大為28 mm。巷道兩幫與頂板的偏移總量小于50 mm，兩者的變形速率都低于2mm/d，最終證明該方案較為合理。
　　5 結語
　　分析頂板破碎條件的生產過程，可以得出使用短掘短支技術進行支護，同時利用掘進機實現超前支護具有很好的效果。頂板由于壓力而下沉時，使用這一支護方式可以保證掘進過程的安全和高效，最后，通過監測證實了這一掘進和支護方案的可行性，同時為同種地質條件下進行巷道掘進提供了理論指導。