摘要：文章针对煤矿快速掘进作业时工作面易出现塌落等问题，以某煤矿工程为例，重点剖析煤矿快速掘进工作面支护技术与施工工艺。首先，简单概述某煤矿工程的基本情况，然后以21313工作面为例，确定相应的支护参数，并详细分析了工作面支护施工流程。最后，通过工业性试验的方式，分析了支护方案的应用效果。通过工业性试验分析可知，巷道掘进施工过程中，顶底板位移量峰值约为150mm，两帮位移量峰值约为124mm，均在规定要求范围内，表明该支护施工工艺是合理的，有利于提升巷道围岩的稳定性。

　　关键词：快速掘进；煤矿工作面；支护技术；施工工艺

　　煤矿快速掘进施工主要由4部分构成，分别为破岩、装岩、运输与支护，支护是其中较为重要的组成部分，直接关系到整个煤矿掘进施工的效率与质量。然而通过大量实践研究表明，受到断面大小、掘进设备及周边环境等多种因素的影响，导致煤矿巷道稳定性差，易出现煤矿开采安全事故，对煤矿企业运行及整个社会安全、稳定发展具有较大干扰。所以，为了提升煤矿快速掘进施工质量与效率，应注重煤矿工作面支护施工。基于此，文章针对支护技术与施工工艺进行研究，对构建出安全的煤矿掘进作业环境具有重要意义。

　　1工程概况

　　以某煤矿工程为例，分析了煤矿快速掘进工作面支护技术与施工流程。该煤矿总占地面积约为27.2km2，煤炭总储量约为10123万吨，生产能力约240万吨/年，预计该煤矿可以开采42年左右。其中，21313工作面位于一采区，巷道沿煤层走向布置，总长度约为1938.4m，方位角为190°00'00"；回风巷长度约154.2m，方位角为189°59'58"；综采切眼长度为190m，方位角99°59'59"，掘进作业时，均顺着3#煤直接顶施工。21313工作面顶底板由5部分构成，由上至下依次为：基本顶、直接顶、伪顶、直接底与基本底，各部分主要成分与围岩特征，如表1所示。

　　2支护参数确定

　　针对某煤矿21313工作面具体情况，某煤矿拟采用全长自巩固锚杆支护方案，该支护基本结构，如图1所示。该支护体系主要包括杆体、金属绕丝、金属端头、托盘与螺母等部分。

　　为了确保支护结构在21313工作面中发挥出最大的作用，应先计算并确定出支护结构的参数，为了便于计算分析，将自然平衡拱进行简化，由此，可计算出顶板的强度QH，公式为：

　　QH=r0baB（1）

　　式中：r0为覆岩的容重值，通过对21313工作面的调查与计算，将其设置成25kN/m3；a为顶板有效跨度，设置为5.0m；B为应力集中系数，研究中选择最大值1.0；b为顶板冒落的高度，可通过公式（2）计算而得：

　　式中：α为煤层的倾角，通过对3#煤层的调查与检测，将α设置成0°;Ky为直接顶煤岩类型性系数，设置成0.3；fr为直接顶的普氏系数，根据工作面围岩成分而定，21313作业面设置成5.0。C为煤矿两帮作用下出现的挤压深度，运算公式为：

　　式中：G为自然平衡拱角的应力集中系数，根据21313工作面具体情况，将其设置成2.8；H为巷道的深度，设置成600m；B为固定支撑力压力系数，设置成1.0；fc为普氏系数，设置成2.0；h为掘进高度，设置成2.8m，Ψ为内摩擦角，设置成24°。

　　通过公式（1）~（3）的计算，可以得到顶板强度QH≈0.306MPa。实际工程当中，基本顶强度为锚杆与锚索支护强度的总和，通过对某煤矿21313工作面相关资料查询可知，基本支护方案内顶板每排共包括5根锚索与1根锚杆，排距分别为0.8m，其中，锚索的强度在300kN左右，锚杆的强度在100kN左右，由此可得整个支护强度的总强度为400kN/m2，通过转换后，可以得到支护体系总强度是0.4MPa，利用支护强度与顶板强度的比值，计算出顶板围岩系数ε,通过计算可得ε≈1.31，高于规定标准要求，可按照该方案进行施工。

　　3支护施工流程

　　根据某煤矿21313工作面支护方案具体情况，结合相关规定要求，设计出相应的支护施工方案，施工流程如图2所示，以此为后续施工活动的开展提供指导。

　　3.1前期准备

　　为了确保整个工作面支护施工顺利进行，应做好前期准备工作。首先，根据支护施工要求，准备好支护施工所需的材料与工具，如螺纹钢锚杆、锚杆钻机等，并在材料与工具使用之前，对材料与工具进行检查，判断材料与工具是否符合规定要求，若发现问题，应及时予以处理，防止材料与工具存在问题而影响支护结构施工效果。同时，每班次交接时，两班次工作人员应做好材料准备工作，并由下一班次人员对工程现场予以检查，以使下一班次工作人员对煤矿巷道情况及已完成支护体系具有充分了解，为后续支护施工活动的开展做好准备。

　　3.2掘进机作业

　　在已完成支护施工的巷道范围内，按照规定要求进行掘进施工作业。掘进施工过程中，根据巷道顶板具体情况，选择合理的循环进尺方式，若顶板稳定性与完整性较差，将循环进尺设置成1排；若顶板稳定性与完整性一般，将循环进尺设置成2排；若稳定性与完整性均处于较高的水平，则将循环进尺设置成3排。

　　3.3敲帮问顶

　　巷道掘进施工后，顶板上会存在一些危石与浮矸，受到煤矿掘进振动等因素的影响，可能导致危石与浮矸掉落，对煤矿掘进设备及周边工作人员的生命健康造成危害。所以，在继续施工之前，应进行敲帮问顶作业，将顶板上的危石与浮矸去除，避免后续出现顶板随时冒落的情况，从而提升整个煤矿工作面快速掘进及支护施工的安全性。

　　3.4临时支护施工

　　确保巷道内部无任何问题后，应根据现场具体情况构建临时支护。以顶板已有钢筋网为基础，分别挂上新的钢筋网，以使钢筋网结构连接成一体，并通过单体液压支柱托起T型钢带，以此搭建工作巷道的临时支护体系。支柱托起时，初始支撑力控制在10~20kN范围内。同时，为了确保临时支护在巷道快速掘进施工过程中发挥出最大的作用，应针对顶板条件的具体情况，采用最佳的支护方案。若顶板较为完整，为了避免对人员生命健康造成危害，每排以2000m为间距，分别竖立2根单体液压支柱；若顶板破碎，为了降低对人员生命安全的影响，每排应以1500mm为间距，分别竖立3根支柱，支柱布置结构，如图3所示。

　　3.5永久支护施工

　　每个循环临时支护构建结束，且确保顶板保持稳定后，针对快速掘进工作面支护施工方案内容，以两台锚杆钻机为主要工具，施工与3300mm长T型钢带配合的4根顶板锚索，以一台锚杆钻机为工具，施工左侧与900mm长T型钢带配合的1根锚索与1根锚杆。顶板支护施工过程中，同时完成两帮锚杆施工，其中，在副帮与上帮处，采用的是规格为φ22×3500mm的全自巩固锚杆；正帮与上帮处，采用的是规格为φ22×2000mm的锚杆。需要注意的是，在正常处，通常安装风筒与皮带，因而还应同时完成φ20×2000mm高强螺纹钢锚杆施工。

　　3.6临时支护拆除

　　永久支护施工结束后，对支护强度、稳定性等予以检测，判断永久支护是否符合规定要求，若不符合规定要求，则应根据检测结果对永久支护体系予以适当调整，直到达到规定要求为止。确保永久性支护无任何问题后，则应逐渐对临时支护拆除，避免临时支护对后续其他作业活动的开展造成影响。临时支护拆除结束后，应对各部件表面进行清理，使临时支护各部件保持良好，并堆放到相应位置，为后续其他区域临时支护施工做好准备。

　　3.7进行下一循环施工

　　完成一个循环的工作面支护搭建与拆除施工后，按照上述相同的方法与流程，对下一循环工作面支护进行建设，直到整个煤矿巷道施工结束为止。

　　4工业性试验分析

　　为了判断上述支护方案是否符合要求，选择某煤矿21313工作面中某巷道段为例，通过工业性试验的方式对上述支护方案应用效果予以分析。工业性试验过程中，先按照上述支护参数与流程完成支护施工作业。支护施工结束后，距掘进迎头距离（s）每隔10m对围岩表面与顶板深部位移量予以检测，通过检测结果的观察与分析，以此判断支护方案是否合理。通过工业性实验分析可知，随着距掘进迎头距离的不断增加围岩顶底板表面及顶板深部的位移量呈逐渐增加的趋势。其中，在围岩顶底板方面，相对移近量从s=0m位置的0mm增加到了s=160m位置的150mm左右；在两个方面，相对移近量从s=0m位置的0mm增加到了s=160m位置的125mm左右；顶板深部在0~4m范围内时，离层量从s=0m位置的0mm增加到了s=160m位置的14.2mm左右；顶板深部在4~8m范围内时，离层量从s=0m位置的0mm增加到了s=160m位置的5.8mm左右。说明该支护区域围岩、顶板变形量均不是很大，符合规定要求，巷道整体具有较高的稳定性，有利于后续施工活动的安全进行。

　　5结束语

　　综上所述，为了保证现代煤矿快速掘进作业效率与安全性，煤矿企业应根据煤矿工作面具体情况，设计出最佳的支护方案，计算出合理的支护参数，进而以此为基础，严格按照规定要求完成工作面支护施工活动，使煤矿顶板与围岩具有较高的稳定性，防止由于巷道不稳定而引发煤矿安全事故，对煤矿生产作业及工作人员生命安全的保护具有重要意义。

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