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总 第209期 机 械 管 理 开 发 Total 209 2020 年第9 期__________________MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT_____________________No.9,2020 设计理论与方法设计理论与方法 D0110.16525/l4-1134/th.2020.09.024 采矿工程采空区巷道掘进支护技术研究 陈 康 山西煤炭运销集团野川煤业有限公司， 山 西 高 平048400 摘 要 以山西野川煤矿矿井为研究对象， 对该煤矿矿井进行了临时及永久性支护方式设计， 并重点对掘进支 护中的关键设备及工艺操作进行了分析， 对巷道支护的现场运行效果进行了评价。结果表明 所设计的巷道掘 进支护具有更高的可靠性及安全性， 提高了企业的煤矿开采量和巷道作业的安全性， 也为其他巷道掘进支护的 设计提供了重要借鉴和参考。 关键词 煤矿 巷 道 掘 进 支 护 研 究 中图分类号TD825.3 文献标识码A 引言引言 随着国家对各种资源的大量需求，除了加大对 石油的开采力度，也不断加强对国内煤矿资源的开 采。将当前先进的支护技术及成熟设备应用到巷道 支护中，提升煤矿巷道开采中的掘进支护可靠性及 安全性，已成为当前老矿井的支护方式升级改造及 新矿井支护方式设计建造中的重点考虑内容[ 1 ] 。为 此 ， 结合山西野川煤矿矿井特点， 对该矿井巷道的掘 进支护方式进行了临时和永久性支护设计，针对巷 道中的关键设备及施工过程进行了重点设计分析， 最终对该巷道掘进支护进行了现场跟踪及记录， 由 此 ，验证了所设计的巷道掘进支护的可靠性及安全 性 ， 为提高矿井的作业安全提供了重要保障作用。 1矿 井 基 本 情 况 山西煤炭运销集团野川煤业有限公司是由晋煤 重 组 办 发 〔 2009〕 44号文件批准的兼并重组整合矿 井 ， 位于高平市西北15 km处的野川镇境内。 野川煤 业总体为一走北东， 倾向北西的单斜构造;沿倾向方 向有幅度不大的波状起伏，中东部以走向北东的向 斜构造为主， 两翼地层平缓基本对称， 倾角约3 8 ， 总体地质构造简单， 水文地质类型划分为中等， 无冲击地压[a。井田全部可采煤层为3 号 、 15号煤 层 ， 11号煤层为局部可采煤层。 矿井现采3 号煤层, 煤层平均厚度为5.39 m,保有资源储量为4 548万t, 15号煤层保有资源储量为3 847万t, 11号煤层保 有资源储量为1 401万t。 另外，该煤矿中的矿井最大相对瓦斯涌出量为 15.24m3 /t，最大绝对瓦斯涌出量为29.91 m3 /min,属 高瓦斯矿井。 矿井采用斜立井混合开拓方式,布置有 收稿日期2020-06-06 作者简介 陈康（1984 ， 男， 山西晋城市人， 本科， 毕北于中国 矿业大学， 助理工程师。 文章编号 1〇〇3-773X 2020 09-0056-03 主副两个斜井和一个回风立井，全部落底于3 号煤 层 ， 通风方式为中央并列式[ 3 ] 。 井下布置一个采区， 采 区现布置一个3205综放工作面，一 个 3202切眼综 掘工作面。 掌握矿井工作面的具体情况， 能更加有针 对性地对矿井中关键分系统进行设计，以此保证整 个矿井的安全可靠性。 2巷道掘进支护方式的确定2巷道掘进支护方式的确定 2 . 1 巷道临时支护2 . 1 巷道临时支护 结合野川煤业矿井的结构特点，选用了 1 套 ZU-5.5机载装置对巷道进行临时支护。 该设备的架 设方法为掘进机完成掘割装煤作业后，将机组退至 永久支护下， 放下截割头并对机组进行闭锁,按下列 程序操作进行临时支护[ 4]先检查支护各部位零部件 管路是否正常， 再把两位三通阀打到支护位置， 打开 掘进机泵站开关， 给临时机载支护供油， 支护工将钢 筋托梁和金属网妥当放在机载临时支护上，待支护 工撤离至安全地点后，机组司机向前推动支护主架 和顶梁架液压控制手柄,主架和顶梁架由折合状态， 慢慢平稳打开， 开到所需要的角度和位置再升主架， 升到巷道顶板，将钢筋托梁和金属网压紧在巷道的 顶板上， 闭锁机载临时支护装置， 然后作业人员站在 临时支护下进行永久支护作业， 打注完锚杆索后， 作业人员撤出施工地点以外安全地点，机组司机先 把主架下降到最低位置，再折合主架和顶梁架， 合 到顶梁架趴在掘进机上为止， 把两位三通阀打到掘 进机位置， 进行下一循环掘进。当巷道遇到顶板留 不住时， 可在临时机载支护上方， 放置道木与巷道 顶板接顶。 整个巷道临时支护的工艺过程为退机截割 头落地并闭锁机组调整主架和顶梁架位置闭锁 机载临时支护装置敲帮问顶找掉活煤矸支护 工抬钢筋托梁、金属网妥当放在机载临时支护上 支护工撤离至安全地点机组司机向前推动主架和 2020年第9期陈康采矿工程采空区巷道掘进支护技术研究 57 顶梁架到需要的角度和位置 抬升主架接顶严 密闭锁机载临时支护装置 闭锁掘进机 支护 工在临时支护下进行永久支护作业 以此循环渐 进进行作业。 2 . 2 巷道永久支护2 . 2 巷道永久支护 巷道的永久性支护方式包括高强度锚杆、 锚索、 钢筋托梁、 金属网联合支护。 结合野川煤业矿井的结 构特点,确定了巷道永久支护的工艺流程为[ 5 ] 临时 支护后安全检查敲帮问顶后画眼位锚杆钻 机 钻 锚 杆 孔 清 孔 安 装 锚 固 剂 （ 先放一支 MSK2335快速锚固剂， 再放一支MSZ2360中速锚固 剂和锚杆上锚杆托板、 垫圈、 螺母,升起锚杆钻机 并用搅拌器联接锚杆钻机和锚杆尾部用锚杆机搅 拌描固剂（ 91180s 停止揽拌等待1 min后一 * 进 行二次转动锚杆钻机扭紧螺母收缩锚杆钻机用 力矩扳手紧至设计值安装其他锚杆。在支护中使 用到的支护设备及工具包括矿斧、 手镐、 大 锤 1把 ， 铁锹3 张,ZQS-50/1.6S型帮锚杆钻机、MS18-200/60 型锚索张拉器、 力矩扳手、 气腿式钻机、 锚杆钻机钻 杆B19、 锚杆钻机钻头028 mm或 30 mm、MQT-120 型风动锚杆钻机，YT-28风钻等。另外， 在支护过程 中， 当工作面0.8 m循环时， 永久支护距工作面迎头 的最大距离 1200 mm、 最小距离400 mm,永久支 护下锚索要紧跟工作面打注， 不得滞后施工;当工作 面 1.6 m循环时，永久支护距工作面迎头的最大距 离2 000 mm、 最小距离400 mm,永久支护下锚索 要紧跟工作面打注， 不得滞后施工。 3巷道掘进支护中关键过程设计3巷道掘进支护中关键过程设计 3 . 1 工作面中液压支架的选型设计3 . 1 工作面中液压支架的选型设计 3.1.1液压支架类型确定3.1.1液压支架类型确定 液压支架作为矿井掘进支护中的关键设备， 选 择合理、 匹配的型号设备， 至关重要。 由此， 根据山西 野川煤矿矿井的结构特点， 选 用ZY3400/8.5/18掩护 式支架来实现对矿井的掘进支护。所选液压支架的 设计最大控顶距为4.7 m， 最小控顶距为4.1 m， 工作 面 长 为 150 m, 共 需 支 架 9 9 架 ，支架型号为 ZY3400/8.5/18,支架工作阻力为3 400 kN。 该设备的 主要参数如表1所示。 3.1.2液压支架支护强度校核3.1.2液压支架支护强度校核 综采工作面选取的液压支架额定工作阻力应符 合以下条件 FPSx 101 式中F为液压支架的额定工作阻力,kN;P为工作 面的合理支护强度， 0.36 MPa;S为端头液压支架的 支护面积最大控顶距x支架宽度7.05 m2。 代入数据计算得f英2 538 kN。 表 1 ZY3400/8.5/18掩护式支架技术参数表 参数名称数值 高度/mm850-1800 中心距/mm1 500 宽度/mm1 430-1 600 初撑力/kN2616 工作阻力/kN3 400 支护强度/MPa0.46-0.55 底板前端比压/MPa1.24-1.45 采高/m1.15-1.6 运输尺寸长x宽x高/mm4 900 x 1 500 x 850 适应煤层倾角25 质量/kg约 9 300 活柱行程/mm250-750 同时， 综采工作面底板比压应符合以下条件 P底為（ 巧底 x l〇 3 M x9.8/l 000S 底 ） 式 中 为 底 板 岩 石 抗 压 强 度 ，MPa;A/ 为液压支架 质量,9.3 t;S 为液压支架底座面积， 3.3 m2。 代入数据计算得P底165. [ 3 ] 孔立平.煤矿掘进支护设计与工艺[J].当代化工研究，2020 9 121-122. [ 4 ] 张建光.软岩煤层安全掘进支护技术[J].能源与节能,20204 8-9; 11. [ 5 ] 郭传鹏.巷道快速掘进与支护工艺研究[J].当代化工研究,2020 8116-117, [ 6 ] 薛永军.煤矿巷道掘进顶板支护分析[J].西部探矿工程， 2020,324161-162；165. 编辑 王瑾） Technology of Roadway Excavation and Support in Mining Engineering Goaf Chen Kang Yechuan Coal Industry Co. , . , Ltd. . of Shanxi Coal Transportation and Marketing Group, , Gaoping Shanxi 048400 048400 Abstract Taking the Yechuan Coal Mine in Shanxi Province as the analysis object, the temporary and permanent support mode design of the coal mine is carried out, and the key equipment and process operation in tunneling support are analyzed emphatically. The field operation effect of roadway support is uated. The results show that the designed roadway excavation support has higher reliability and safety, improves the coal mining quantity and roadway operation safety, and provides an important reference for the design of other roadway excavation support. Key words coal mine; roadway; excavation support; research