“三软”煤层联合支护工艺探索

摘要： “三软”煤层巷道支护一直是煤炭生产研究中的一项重点，巷道支护困难，翻修量大，严重制约矿井的高产高效。嵩山煤矿技术人员对影响“三软”煤层支护的诸多因素积极进行探索，长期总结经验教训，积极探索出适宜在偃龙矿区“三软”煤层的支护形式，有效控制巷道的强烈变形，消除支护安全隐患，解决“三软”煤层的支护难题。 　 　

关键词： 三软煤巷，煤层支护，耦合支护

嵩山煤矿位于河南省偃师市城南的巩义市与登封市交界处，矿井井田范围地处偃龙煤田嵩山井田中东部。矿井开采山西组 二 ₁ 煤层，煤层厚度在 0.8-5.2m 之间，平均厚度约 4.42m 。由于本区范围内受滑动构造影响，煤体组织疏松，强度低，硬度系数小于 0.3 ，煤层顶底板为砂质泥岩及炭质泥岩，属于“三软”煤层。

嵩山煤矿原采煤工作面开采前，先在近 二 ₁ 煤层的 L ₇ 石灰岩中布置岩石集中巷，掘进联巷（石门）揭露煤层，在揭煤点掘进顺槽，顺槽采用木支护，由于煤（岩）体受内部构造力等影响，存在较大的内应力，顺槽断梁折柱多，支护、维修困难，且容易发生生产安全事故，严重制约了矿井的高产高效。为此本矿技术人员 积极探索出适宜于偃龙矿区“三软”煤层的支护形式。 　 　

 

1 原因分析及对策制定 　 　

针对巷道的变形情况，本矿技术人员对影响“三软”煤层支护的各种因素进行研究分析，通过分析论证认为： ① “三软”煤层巷道设计不合理，需优化巷道设计，增加工作面长度，减少巷道掘进率； ② 巷道压力大，顺槽支护的强度小，支护材料不能满足巷道承压要求，需将 U29 型钢改为 U36 型钢； ③ 原掏槽卸压方式不合理，不便于控制，操作起来比较困难，需采取可控的卸压措施，控制卸压范围。 　 　

 

2   优化巷道设计 　 　

（1）L ₇ 灰岩赋存稳定，所需支护费用低，设计在 L ₇ 灰岩中布置工作面上下岩石集中巷，每隔 150-200m 布置联巷（石门）揭煤（图 1 ）。按照这种巷道布置方式，工作面上下顺槽采用分段掘进，不仅能够保证回采工作面的生产连续性，同时由于选择了适当的煤巷长度，可适当降低煤巷维修量，并且岩石集中巷布置在L ₇ 灰岩中对工作面排水及集中运输都非常有利。这种巷道布置方法，集中巷不仅可以作为上一工作面的进风巷，同时还可以作为下一个工作面的回风巷使用。如果煤层瓦斯较大，还可以作为煤层的预抽巷道。 　 　

　 　

图 1 巷道布置示意图 　 　

<!--[if !supportLists]--> （2） <!--[endif]--> 增加工作面倾斜长度，减少掘进巷道。嵩山煤矿2201工作面走向长1500m，倾斜长195m，储量156万吨。工作面采用“三八”作业制，两班生产、一班检修，每天推进两排，正规循环，循环产量1200-1300吨。 　 　

 

3  强化“三软”煤层顺槽支护 　 　

试验巷道选在 2201 工作面下顺槽进行，巷道断面形状为梯形半圆拱。上部为半圆拱，下部为梯形，半圆拱半径为 1.78m 。巷道设计净宽（拱基线处） 3.4m ，下宽 3.9m ，净高 2.6m ，柱窝深 200mm ，内扎角 78° ，巷道净断面 8.2㎡ ；掘进宽度（拱基线处） 3.9m ，掘进高度 3.0m ，掘进断面积 9.9㎡ （图 2 ）。 　 　

　 　

图 2 支护断面图 　 　

（1） 支护材料有 U29 变为 U36 型钢，支架为三节结构。柱梁搭接长度 400mm ，柱梁搭接处由两幅卡缆增加为用三幅卡缆卡紧拧牢。 　 　

（2） 用11#矿用工字钢代替坑木打点柱加强支护，点柱距迎头不大于 5m 。 　 　

（3）U36 型钢棚整体喷浆加固，采用 U36 型钢棚作为基本支护，再采用整体喷浆加固支架，一方面通过喷浆将支架整体耦合为一体，实现支架整体承载；另一方面通过喷浆加固围岩，提高围岩体本身的稳定性。 　 　

　 　

4 煤巷钻孔卸压 　 　

（1） 巷道两帮卸压钻孔布置方案 　 　

卸压钻孔布置在巷道的两帮，两帮钻孔数目相同，钻孔数目采用均匀布置，或者梅花型布置，钻孔深 3m ，孔径 89mm ，排距 0.5m （图 3 ）。 　 　

　 　

图3 卸压孔布置示意图 　 　

（2） 巷道卸压孔实施参数 　 　

卸压钻孔沿巷帮（两U型钢棚之间）呈无花眼形状，帮上两排之间一排 3 个孔一排 4 个孔交叉布置， 4 个孔排底孔距底板高 500mm ，三个孔排底孔距底板高 750mm 。眼距 500mm ，排距 500mm 。钻孔角度：与巷帮垂直。钻孔深度 3000mm ，上帮孔见矸停打。 　 　

　 　

5 实施过程中不足与改进 　 　

序号	不足之处	改进	目的
1	单棚支架稳定性较差	制作防倒连板	实现整体稳定
2	支架安装，腿与梁搭接位置需统一	焊接限位挡	使腿梁搭接统一规范
3	支架螺丝不牢固	采用风炮紧固螺丝	减少顶梁的滑动
4	支架一侧柱腿无法站在底板	对一侧柱腿下增设柱鞋	使支架底板支撑有力

通过改进有效的解决了出现的问题与不足。 　 　

　 　

6 效果实施 　 　

“三软”煤层支护情况的效果应用巷道变形量来衡量。 　 　

巷道变形量是指巷道顶底板下沉量和两帮位移量的综合反映。通过对 220 1综采 工作面采用现联合支护形式后，根据对巷道变形情况的观测发现，巷道在掘进一个月后，巷道的高度及宽度在变化趋于稳定的同时,巷道变形量及变形速度均明显的有了减小，改善了作业的环境, 减轻了工人的劳动强度。 　 　

 

7 结论 　 　

（1） 安全可靠。采用U36型钢可缩性支架支护，增加了支护强度，U型钢棚之间通过连板构成一个整体，使得支架支护的稳定性得到了明显增强。如果支架上方出现空顶或未支护好，相邻支架通过前后连板使该处支架整体支护顶板，避免倒架现象。 　 　

（2） 改善了作业环境，减轻工人劳动强度。上下顺槽畅通无阻，出入方便，采面实现动态达标，减轻了劳动强度，创造了良好的作业环境。 　 　

（3） 采用卸压孔维护巷道，工序简单，操作方便，安全可靠。和巷道维修工序相比，减少了支架回撤、支护、前探梁的使用等工序，提高了巷道维修的安全程度，提高了工作效率。