大倾角松软煤层煤顶下切眼刷大安全施工工艺研究

大倾角松软煤层煤顶下切眼刷大安全施工工艺研究

宋良

淮北矿业（集团）有限责任公司 神源煤化工公司，安徽 淮北 235000

摘  要：基于大倾角松软煤层煤顶下切眼刷大顶板管理和“防滑、防倒、防窜”管理难度大，对施工安全带来巨大挑战，提出大倾角松软煤层煤顶下切眼刷大安全施工工艺研究，并应用于实际，实现安全生产。

关键词：大倾角；松软煤层；煤顶下；切眼刷大；安全

0引  言

随着矿井采掘活动进行，矿井优质条件资源越来越少，为尽可能多的回收煤炭资源，越来越多的复杂地质条件的煤炭资源也列入回采计划。神源煤化工7401工作面为大倾角松软煤层放顶煤开采工作面，本文以7401切眼刷大为引，对大倾角松软煤层煤顶下切眼刷大安全施工工艺进行研究，并实践应用，保证巷道安全施工。

1工作面概况

7401工作面72煤层煤厚0.7m～7.52m，平均3.86m，煤层原生结构较简单，工作面里段为岩浆岩侵蚀区，煤层结构较复杂。煤层不稳定，大致可分为三个块段：块段一，工作面外段460m，平均煤厚约0.7m；块段二，工作面外口向里460m～1010m，约550m范围，煤厚0.7m～3.5m；块段三，工作面里段800m，平均煤厚约6.55m，工作面切眼位于块段三。

7401切眼总长度88.8m（平距），斜距108m，7401切眼Q0点按方位角74°10′拨门施工；风切口顶板标高-383.455m，机切口顶板标高-439.645m，高差57.2m，平均坡度36°，最大坡度45°；72煤厚5～9m，直接底为泥岩；切眼导硐（老塘侧）净宽×净高＝4600×3000mm，切眼导硐（老塘侧）上口净宽×净高＝4600×4000mm，采用“锚架复合”支护。

2施工方案及技术要求

施工方案：

（1）切眼刷大侧采用“锚架复合”支护，净宽×净高=3900mm×3000mm，切眼上口净宽×净高=3900mm×4000mm，棚距700mm；全断面采用双抗网、钢筋网、铁背板全断面腰帮过顶；顶板打设锚索梁加固；切眼上茬开窝5m锚索间排距1400×700mm，采用“3-3-3”方式布置，切眼向下施工锚索间排距2100×700mm，采用“2-2-2”方式布置；刷大侧帮部安设联体拉板；锚索梁用长1m的U29型钢加工，错茬交替布置。切眼上口巷道较高采用分层施工，上部高3.0m，下部1.0m。

（2）切眼导硐侧打设两排单体顺山挑棚进行加固，刷大前切眼导硐侧挑棚必须打齐。刷大后切眼刷大侧及时打设两排单体顺山挑棚加强支护，单体挑棚紧跟前探梁，挑棚够一架打一架，前探梁作为临时支护紧跟迎头。挑棚采用外注式液压单体（DW35-250/100、DW40-250/100、DW45-250/100）配合Π型钢梁打设；单体间距≯1m，单体上部、中间要用两道防倒绳连接，并用Φ5mm钢丝绳配合U型卡固定在钢笆上作为留绳，临时单体可用8#铁丝作为临时留绳，单体必须穿鞋；Π型钢梁必须首尾相连，Π型钢梁用双股10#铁丝与顶板钢笆进行捆扎，固定点不少于两处。

（3）切眼刷大从上向下依次刷扩，最多允许两个茬同时作业，严禁两处同时开茬，一处开茬施工稳定后再开下一茬口。茬头间距不得小于20m。

（4）下茬开茬时先垂直与切眼施工，开茬宽3m，高3.2m，采用Π型钢梁配合单体进行支护，一梁四柱，一帮两柱，施工到设计尺寸后锚网支护封山；然后在挑棚支护下架设刷大U型钢棚，打设锚索梁进行加固；开茬处上帮采用锚带网进行封山并打设单体配合半圆木背实，锚杆间排800×800mm。

（5）出货路线：人工掘进、攉货→7401切眼搪瓷溜槽→7401机巷（里段）链板机→7401机联巷链板机→7401底抽巷皮带机→7401机巷煤眼。

技术参数及质量要求：

（1）净宽：中线到任一帮允许偏差为0～+100mm；净高：-30～+100mm。

（2）棚距允许偏差为±50mm。

（3）支架间距偏差不大于50mm，梁水平不大于40mm，支架梁扭距不大于50mm，巷道每增加5°支架迎山角增加1°；棚腿托板采用10mm厚的150×150mm钢板加工。

（4）棚子搭接长度500mm，刷大侧棚梁、棚腿搭茬处3副卡缆（上、下限位及平卡缆各1副）,刷大与导硐U型棚搭接处采用2副卡缆（下限位及平卡缆各1各），卡缆间距230mm，误差不大于30mm；卡缆要正规有劲，构件齐全，卡缆扭矩不小于300N·M；刷大侧棚梁、棚腿搭茬处用1块铁拉板（规格为570×50×10mm）。

（5）铁背板间距≯300mm，废旧U型棚加工，规格：长900×宽50mm。

（6）顶板锚索规格φ17.8L6300/7500/9500mm，每根锚索使用2卷Z2550型、1卷K2550型树脂锚固剂，锚索长度根据煤层厚度增加相应增长，确保锚索锚固岩层内≮1.5m；若顶板煤层松软，可采用φ32mm的PE管辅助安装药卷和锚索（安装好锚索后，PE管抽出复用）。锚杆规格φ22L2400mm

；每根锚杆使用两卷Z2550型树脂锚固剂；锚杆锚固力：锚杆（岩石）≮80KN，锚杆（煤层）≮60KN；锚杆扭矩：岩层锚杆≮300 N·m，煤层锚杆≮200 N·m，锚杆外露10～50mm；锚索预紧力≮100KN，锚固力≮200KN，锚索外露150～250mm，并加橡胶护套；锚索梁紧跟前探梁施工。

（7）液压单体使用及其要求

①液压单体必须正规有劲，每5°迎山1°，单体必须打在实底上，且每根单体都必须穿铁鞋（每根单体鞋与柱体用配备铁链连接），液压单体与顶梁要升足劲，单体与顶梁未接触部位必须用木楔楔紧垫实，由于切眼局部煤底底板较软，顶板为煤顶初撑力不小于50KN（6.3MPa）。切眼内单体液压支柱必须安排专人测压并有记录表，跟班干部必须佩戴测压表，单体支柱必须打成直线，单体进行编号管理，新支设支柱必须棵棵测定初撑力，合格率100%，抽测率不低于30%，合格率不小于90%，不合格单体及时补液或更换。

②液压单体注液口要顺山方向布置，严禁注液口对向行人侧，单体注液时人员要站在单体的侧上方。

③液压单体使用过程中，要注意保护活柱密封面，防止受到硬、锐物的撞击。

④液压单体顶盖的四爪要紧卡顶梁；单体注液阀上有煤尘时，要先用注液枪冲洗干净后再注液，防止煤粉进入支柱缸体内。

⑤液压单体必须验收合格方可入井，现场使用前先把单体内的空气放掉。

⑥单体上部、中间要用两道防倒绳连接，上部一道防倒绳距离顶板≯300mm，中间一道防倒绳距离顶板≯1.2m，防倒绳要平直有劲首尾相连牢固。

⑦乳化液泵要两泵一箱，放置平稳，泵站压力必须达到18MPa，管路系统要完好不漏液，管线吊挂整齐，每4m一个固定点，接头处用专用U型销连接，乳化液浓度2%-3%，每班检查乳化液浓度不少于2次。使用注液枪时，严禁枪头正对人员。

⑧单体液压支护卸压时必须使用专用工具，并远距离操作；严禁单人作业。

（8）轨道质量要求

①轨道中心线与巷道中心线的间距要保持一致，轨道按巷道坡度铺设。

②轨距600mm，误差≯5mm，≮2mm；道接茬间隙≯5mm，内错茬≯2mm，高低差≯2mm，水平误差不大于10mm。

③轨枕间距不大于(中-中) 700mm，道板平行，垂直轨道，道接头加双道木。

④无杂拌道，轨枕无浮离、空吊板现象，道夹板、螺丝等构件齐全、紧固、有效；轨道加设铁道板，间距2m。

3安全管理措施

（1）顶板管理

①施工前及施工过程中必须进行敲帮问顶，施工过程中应设专人观察顶板、围岩情况。敲帮问顶应由有经验人员担任，一人找顶、一人观察顶板，找顶人员站在安全地点，用不低于2.5m尖钎子，观察人站在找顶人的侧后方，确保退路畅通，找顶工作先顶后帮、由上向下、由后向前依次进行。遇到大块矸石，先设置临时支护，人员在顶板支护完好处，顺岩石裂隙面慢慢找下，不得硬刨硬挖。

②煤顶下打撞楔超前支护，撞楔采用1吋钢管加工，撞楔间距≯200mm，长1.5m的1撞楔，一棚一打；长2.5m的撞楔两棚一打，撞楔外露不大于200mmm，打设角度比巷道角度大3-5°。 

（2）临时支护

①顶板临时支护

采用金属前探梁挂梁护顶，前探梁选用长度不小于4.0m的矿用11#工字钢或矩形管。初始施工时，打锚杆配合U型钢卡片、锚链作为前探梁吊挂点。

采用三根金属前探梁，等距离均匀对称布置，固定点每根不少于3处，每两个固定点之间至少应间隔一棚，两端固定点处的前探梁要余出不少于l00mm的长度，每个固定点必须用木楔刹牢固。

找好梁道后，先敲帮问顶，及时前移前探梁，前探梁固定好后，上梁过顶，挂迎头端面防护网，再进行巷帮临时支护。每根前探梁后采取2道钢丝绳配合防滑钩挂在巷道上方支护完好的U型棚梁或钢笆上防止前探梁下滑。

②端面临时支护

端面护山网采用悬挂式金属防片帮网进行封山，外框采用6′钢管加工，护山网采用φ5mm钢筋加工，网孔100mm×100mm，防护网与巷道断面一致。

防护网覆盖距底板1.0m以上的所有裸露煤岩壁。

端面防片帮网上端吊挂在前探梁吊挂钩上，防片帮网采用伸缩支撑杆固定，一头抵住防片帮网中下部，一头抵住梁子，护山网之间采用双股10#铁丝固定，间距≯500mm。

挂网自上而下进行，拆网自下而上进行，手镐刷平端面，找净山墙浮矸。挂网和拆网前，必须敲帮问顶，确保无隐患后方可施工。

防护网破损时必须及时补联或更换。

围岩破碎等特殊条件巷道端面采用锚网临时支护，支护时从上到下依次进行，巷道端面距底板1.0m以上必须防护，锚杆间排距≯１.0m，锚杆距巷道轮廓线≯500mm，玻璃钢锚杆Φ20L1800mm。

③巷帮临时支护

支护形式：采用护帮板+钢笆方式护帮，护帮板采用扁铁加工。

支护材料:

护帮板规格：长×宽×厚=1500×60×6mm。

支护参数:

巷道加强防片帮管理，从上向下依次挂设双抗网，护帮板从迎头支护完成的第一棚后U型棚腿后插入护帮板（扁铁加工），用木楔与支护完成的U型棚打上劲，确保牢固可靠；护帮板距顶梁下口

≯0.5m、距离底板≯1.0m，护帮板间距600mm，均匀布置，护帮板必须牢固可靠。

操作要求：

巷帮临时支护必须在顶板支护完成后和迎头端面防护网的掩护下进行。首先找净帮部危矸活岩，及时安装护帮板，帮部临时支护有效后，方可进行迎头挖腿窝、栽棚腿等作业。人工挖腿窝时还必须设专人观察围岩变化情况，及时找掉活岩危石。

（3）大坡度施工管理

①行人、出货隔离，行人侧用菱形金属网配合站柱进行隔离；刷大侧与出矸道用菱形金属网进行隔离，金属网固定在刷大侧棚腿上；7401机巷链板机加设挡矸板，机头与搪瓷溜槽处加设挡矸板，该处挡矸板高度≮1.0m。

②施工地点上≯10m处设置一道挡矸板，刷大侧每30m设置一道挡矸板，挡矸板高度≮600mm，挡板板用直径不小于2吋的钢管固定，钢管一端深入底板不小于300mm，一端固定在顶板棚梁上，并用双股10#铁丝固定，挡矸板厚度≮50mm。

③在巷道行人侧、运料侧设置棕绳、行人梯（用棕绳固定在帮部支护完好的棚腿上），方便人员上下，棕绳高度以现场方便人员上下为标准；人员运料时原则上在底板上托运，运料人员要间隔一块挡矸板；运送棚退、棚梁、单体等重料时要一人留绳、一人托运，防止物料下滑；人员运料与出货不能同时进行。

④在塘瓷溜槽两侧加设金属挡矸网封闭管理，高度≮1.5m，切眼刷大茬口施工时可将挡矸网临时去除，宽度≯2m，高度≯0.8m，施工后挡矸网及时恢复，运料侧挡矸网打设纵梁站柱固定，站柱间距≯3.0m，站柱用直径不小于2吋的钢管固定，钢管一端深入底板≮300mm，一端固定在顶板棚梁上，并用双股10#铁丝固定，并把金属菱形网用双股10#铁丝固定在站柱上，固定点间距≯0.5m，靠近切眼导硐侧塘瓷溜槽与挡矸网接茬处另加一块挡矸板，高度≮200mm；在搪瓷溜槽上方，每30m安装一组挡矸闸阀，控制出货量减缓溜速度；人员处理搪瓷溜槽堵矸时，从运料侧用长钎拨货出矸,严禁人员进出溜矸道。若溜槽损坏需要更换时，作业人员必须佩戴保险带，作业上放必须用挡矸板大板、金属网封闭管理，挡矸板、挡矸网固定在站柱或支护牢固的单体上，处理段上方严禁出货。

⑤从搪瓷溜槽与链板机搭接处向上4m及链板机机尾处4m打设挡矸板，作为煤矸仓使用，挡矸板接至顶板，该段全封闭管理。

⑥切眼刷大茬口处向上山方向留设行人出口，溜槽处加设行人过桥，过桥要牢固稳定，过桥上侧≯3m处加设档矸板、当矸网全封闭管理，人员通过时需联系清楚，确保巷道不出货、档矸板封闭、安全的状态下方可通过。

⑦切眼茬口内所有工具、材料必须用留绳固定在支护完好的棚腿上或正规有劲的单体支柱上，临时用料要紧靠挡矸板上侧放置，防止物料下滑。

⑧切眼茬口安装点铃信号，确保施工点联系清晰可靠。

⑨切眼大坡度人员打设单体时要4人一组，一人留绳、两人扶稳、一人补液，人员固定Π型钢梁时，要专人扶梯，高度超过1.5米时要带保险带，保险带固定牢固，高挂低用。

⑩切眼钉道时，从上向下依次钉道，钉道人员佩戴保险带，生根在棚退、钢笆或支护完好的单体支护上，施工上方不大于10m处加设挡矸板，高度不小于400mm，并拉设菱形金属网封闭，钉道下方搪瓷溜槽口加设护栏，高度不小于700mm，溜槽处留设不大于300mm的出货通道。

（4）扶抬棚安全管理

①切眼上口扶双抬棚，抬棚施工前顶板先打锚索梁加固，帮部打玻璃钢锚杆封山，抬棚顶梁上打设撞楔超前支护，然后再拆棚退，安装插梁，安装插梁时要3人一组，1人留绳、1人扶稳、1人卡缆紧固；抬棚梁要用双股8#铁丝固定在永久支护棚梁上，固定点不少于3处，然后栽棚退，使棚梁与原支护接实。拆除棚退时要两人扶稳，缓慢落下，人员登高作业超过2.0m时必须带保险带，保险带固定牢固，高挂低用。

②切眼下口扶双抬棚，抬棚施工前顶板先单体挑棚进行加固，一梁三柱，施工时，帮部打玻璃钢锚杆封山，抬棚顶梁上打设撞楔超前支护，然后在永久支护下扶双抬棚，抬棚扶好后再拆棚退，抬棚梁要用双股8#铁丝固定在永久支护棚梁上，固定点不少于3处，然后栽棚退，使棚梁与原支护接实。

（5）其它安全管理：

①切眼导硐每30-50m之间安设一组矿压观测点，并按规定定期观测。当变化量超过预警值时，巷道缩小棚距为600mm，采取措施进行加固。

②切眼刷大前通风区在切眼（导硐）与刷大侧肩窝处注凝胶加固，注胶加固完成后再刷大施工。

③每班施工前，必须安排专人检查施工地点的单体和锚索紧固情况，施工单位要备好控顶备用料。

④切眼刷大前，在7401机联巷贯通点布置两架单体挑棚补强加固。

4安全效果

7401切眼刷大期间严格落实安全管理各项措施，切眼刷大期间未出现任何安全事故，效果显著。

5结  论

通过大倾角松软煤层煤顶下切眼刷大安全施工工艺研究，经过实践考验，实现大倾角松软煤层煤顶下切眼刷大安全施工，对类似条件下巷道实现安全施工确定具有借鉴意义。

参考文献：

[1]刘建国.深部高应力区大断面切眼支护技术研究

[J].中州煤炭，2016（04）:83-85.

[2]杨林林.复杂地质条件下的煤矿掘进支护技术应用分析[J].能源技术与管理,2018,43（04）:64-66.

作者简介：宋良（1986-），男，江苏邳州人，工程师，神源煤化工公司掘进副总工程师