上山掘进揭穿突出煤层的顶板管理技术

上山掘进揭穿突出煤层的顶板管理技术
郭金明
（平顶山工业职业技术学院，河南平顶山 467001）
摘要：文章介绍了东一B组煤胶带机斜巷自下向上揭穿8煤层时，通过合理确定巷道揭煤断面，利用导硐施工法揭煤以及采用金属骨架、
超前撞楔等超前支护技术，有效控制了揭穿8煤层期间的煤顶大面积抽
冒问题，对顶板管理及防突、防火管理提供了安全可靠的技术保障，实
现了安全揭煤。

关键词：上山揭煤导硐施工金属骨架
1 问题的提出
东一B组煤胶带机斜巷为潘一矿东一采区B组煤的主要运煤巷道，巷道下起于东一7煤皮带机下山,上至东部-540m皮带机大巷溜煤立眼,穿过该矿具有强突出危险的8煤层。

从岩巷揭穿突出煤层的危险性考虑，该巷道应从上向下揭煤，但由于上段没有相对独立的揭煤回风系统，其揭煤回风将影响至东二、东三采区。

因此，为减小揭煤对其它采区的影响，该巷道采取自下向上揭煤，结合巷道以15°上山施工的实际，本次上山揭煤主要面临着两大难题：一是上山揭煤的突出危险较下山揭煤大；二是上山掘进的顶板管理难度较下山掘进大。

以上两种情况都直接威胁巷道揭煤安全，尤其是在距8煤层顶板法距5米采取了高密度瓦斯抽放钻孔的防突措施后，本身呈“三软”（煤软、顶软、底软）状态的8煤层，其支撑硬度更低，一旦揭穿，极易造成大面积冒顶，对顶板管理带来威胁，严重时还易诱导煤与瓦斯突出。

结合以上实际，决定采用小断面导硐施工法及金属骨架、超前撞楔等超前支护技术揭穿8煤层，以达到减少揭煤断面，通过金属骨架钻孔排放煤体中一部瓦斯以及依靠金属骨架加强被揭煤层煤体稳定性的目的，最终实现安全揭煤。

2 小断面导硐施工法的可行性分析
小断面导硐施工可以有效降低巷道揭穿8煤层的揭煤面积，减小巷道开挖
期间超前应力及围岩应力对8煤层的作用，降低煤层被超前应力及围岩应力破坏的程度，最大限度保证煤（岩）体的支撑强度，对顶板管理及防突管理创造有利条件。

同时，本巷道自下向上揭煤，7煤皮带机下山不具备用车皮出矸的条件，先用小断面贯通整个巷道，然后再从巷道上端向下扩刷，采用扒矸机从上部出货，将有效降低矸石进入出货系统，提高矿井煤质。

采用小断面导硐施工还有利于采用金属骨架、超前撞楔等超前支护技术，对顶板管理提供更多技术保障，从而多层面、多方位地确保揭煤安全。

3 小断面导硐施工措施
小断面规格
小断面规格的确定主要考虑两个因素：一是满足安全通风所需的最低断面；二是满足正常开展掘进工艺所需的最低断面。

安全通风所需断面主要根据掘进迎头最多人数需风量及局扇功率、风筒直径、风筒阻力、风量损失等确定，力求迎头风量稳定、充足而不过剩；正常开展掘进工艺所需断面主要根据多工序平行作业的设备台数、爆破效果、完成支护工序的有效空间等，力求工序平行作业最大化，爆破效果最佳化，支护空间合理化。

根据以上综合分析，最终确定小断面形状为半圆拱形，净宽×净高=2600mm ×2200mm。

支护方式
支护方式的确定主要考虑两个因素：一是支护强度安全可靠；二是支护成本合理节约。

结合以上两个因素及巷道掘进范围内的围岩情况，决定本次小断面揭煤的支护方式分两种：一是全岩段（即距8煤层顶、底板法距2米以外的岩石巷道）采用锚网支护；二是揭煤段（即距8煤层顶板法距2米至距8煤层底板法距2米范围内的所有煤岩体）采用架特殊U型钢棚支护，使用钢筋笆片腰背帮顶。

揭煤前的顶板超前管理措施
3.3.1 金属骨架
巷道施工至距8煤层底板法距2米前，该矿从B组煤胶带机斜巷上口停头位置沿巷道中线方向向下施工了金属骨架，以超前管理好8煤层及距8煤层法距2米范围内的煤（岩）体，减小巷道自下向上揭8煤期间的顶板威胁，防止揭煤期间顶板煤（岩）体大面积冒落构成顶板威胁或诱发突出。

金属骨架的保护范围为：胶带机斜巷下口端的掘进全断面（2600mm×2200mm的半圆拱），距巷道轮廓线以外300～500mm；保护长度为：在巷道走向方向上距8煤层顶板法距2米至距8煤层底板法距2米范围内的所有煤（岩）体。

金属骨架采用直径为50mm的圆形钢管，相邻两根钢管之间的间距为300mm。

3.3.2 超前撞楔
为有效防止金属骨架保护范围以外的煤（岩）体不片帮、掉顶，确保本次揭煤万无一失，巷道施工至距8煤层底板法距1米位置时，开始采用超前撞楔配合金属骨架双重掩护巷道掘进断面以外的煤（岩）体。

撞楔在每次打炮眼前施工，即每次放炮前在迎头棚梁外沿使用L≮2000m，￠50mm的钢管做为撞楔向上撞入前方煤（岩）体，利用撞楔前端生根于煤体内部的前端支撑点及撞楔后端与迎头第一棚、第二棚共同构成的后端支撑点形成一组相当封闭的“支护蓬区”，确保放炮时，“支护蓬区”以外的煤（岩）体不冒落，达到有效阻止顶板大面积冒落的目的。

为确保“支护蓬区”稳定不被破坏，撞楔的保护范围必须大于每次放炮的循环进度，结合实际，本次撞楔的保护范围确定为1200mm，相邻两根圆钢之间的间距为300mm，每次放炮的循环进度确定为600mm。

撞楔与撞楔之间用板皮腰背，以最大限度确保“支护蓬区”的封闭性。

揭煤期间的顶板管理措施
⑴巷道进入8煤层期间，采取少打眼、少装药、轻放炮，减少炮眼总数、装药量、
循环进度等措施降低放炮对煤(岩)体的强烈震动，达到最大限度保持煤（岩）体完整性，减少放炮震动对煤（岩）体的破坏而导致顶板掉落的目的。

⑵根据15°上山的施工实际,为防止迎头煤(岩)体超前片帮导致巷道顶部煤(岩)
体抽冒，施工期间，巷道迎面始终保持一定斜度，达到对前方煤（岩）体及顶部煤（岩）体起一定辅助支撑的作用。

⑶改变传统的架棚工序。

采取放炮后，先挑棚梁，过好顶；然后再用链板机出货，
挖腿窝、栽棚腿、腰背帮部煤（岩）体等架棚工序，减少放炮后煤（岩）体的自由悬露时间，达到有效阻止煤（岩）体掉落的目的。

⑷严格控制架棚规格和工程质量，棚子严禁喝风、亮牙、淋肩、掉斜、迎山、退
山，为防止巷道围岩应力向下推倒棚子，架棚时始终保持3°迎山角，达到支护始终处于安全可靠的目的。

(5)为防止放炮崩倒棚子，每次放炮前，除采用传统的打木撑加固棚子外，还采
取了锚杆固定棚子的办法，牢固地将棚子与巷道围边围岩体生根，有效阻
止了放炮冲击波及煤（岩）体的瞬间抛出对棚子的冲击与破坏，本次揭煤期间，没有发生放炮崩倒棚子的现象，确保了支护的安全可靠。

4 结论
本次揭煤，由于采取的措施得当，没有发生顶板冒落和煤层突出现象，实现了安全揭煤。

实践表明，采用小断面导硐施工法配合金属骨架、超前撞楔等措施揭穿突出煤层，对防止煤层顶板掉落及防止煤层突出有显著作用，同时，此揭煤方法不必灌注加固材料来提高煤体的支撑强度，大大节约了揭煤成本及缩短了揭煤工期。

参与文献：
〔1〕M．鲍莱茨基，M.胡戴克.矿山岩体力学.北京：煤炭工业出版社，1985. 〔2〕邢福康,蔡坫,刘玉堂.煤矿支护手册. 北京：煤炭工业出版社，1991. 〔3〕于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册. 北京：煤炭工业出版社，2000.
2008-2-19
郭金明（1956－），男，河南周口人，副教授，毕业于中国矿业大学采矿专业，现在平顶山工业职业技术学院从事煤矿开采技术专业的教学和教科研工作。