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掘進(jìn)巷道過(guò)頂板破碎區(qū)安全支護(hù)優(yōu)化

文檔作者：趙爾飛文檔來(lái)源：山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)陽(yáng)城四侯煤業(yè)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年10月03日
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技術(shù)應(yīng)用
2023年第12期 Mechanical Management and Development No.12, 2023
總第248期 機(jī)械管理開(kāi)發(fā) Tota2l 48
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2023.12.113
掘進(jìn)巷道過(guò)頂板破碎區(qū)安全支護(hù)優(yōu)化
趙爾飛
（山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)陽(yáng)城四侯煤業(yè)有限公司， 山西晉城048100)
摘要：基于四侯煤礦3103回風(fēng)順槽過(guò)應(yīng)力區(qū)時(shí)出現(xiàn)頂板破碎、煤幫垮落現(xiàn)象，造成巷道掘進(jìn)后頂板出現(xiàn)冒漏，采
用傳統(tǒng)絲杠式臨時(shí)支護(hù)效果差，支護(hù)強(qiáng)度低，無(wú)法對(duì)巷道全方位進(jìn)行支護(hù)的問(wèn)題，四侯煤礦通過(guò)技術(shù)研究，決定對(duì)
應(yīng)力破碎區(qū)采用一套具有擋研護(hù)頂功能的可移式鋼棚。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，采用該支護(hù)后提高了破碎區(qū)頂板
穩(wěn)定性，控制了應(yīng)力區(qū)圍巖破碎現(xiàn)象，取得了顯著應(yīng)用成效。
關(guān)鍵詞：巷道；應(yīng)力區(qū)；臨時(shí)支護(hù)；可移式鋼棚
中圖分類(lèi)號(hào)：TD353;TD327.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-773X(2023)12-0296-03
1 3101運(yùn)輸順槽概況
山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)陽(yáng)城四侯煤業(yè)有限公司3103
運(yùn)輸順槽位于井田一采區(qū)，東側(cè)為3101采空區(qū)，西側(cè)
為3108工作面，北側(cè)為礦井邊界保護(hù)煤柱，南側(cè)為一
采區(qū)3條大巷。3103運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)掘進(jìn)長(zhǎng)度為870m，
巷道掘進(jìn)煤層為3號(hào)煤層，平均厚度為3.7m，平均傾
角為15°，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含0~3層夾研，夾研為泥
巖煤層裂隙不發(fā)育，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單至中等，煤層賦存穩(wěn)定，
進(jìn)、回順槽掘進(jìn)期間，都遇到不同程度的構(gòu)造發(fā)育，煤
層最薄為2.8m，夾研最厚約1.3m，煤層頂?shù)装鍘r性
如表1所示。
表1 15號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性
頂?shù)装?巖石性質(zhì) 厚度/m 巖性特征 名稱(chēng)
老頂細(xì)粒砂巖7.66 灰色細(xì)粒砂巖、泥巖互層
直接頂 粉砂巖、泥巖 3.95 為灰黑色含粉砂質(zhì)泥巖，鈣質(zhì)膠 結(jié)，分選一般，含有泥巖包裹
偽頂 碳質(zhì)泥巖、灰色 0.03 灰色薄層狀，水平層理十分發(fā)育， 泥巖富含植物化石
3號(hào) 煤 3.7 層狀構(gòu)造，階梯狀斷口，外生裂隙 發(fā)育，為光亮型煤
直接底 泥巖、粉砂巖 3.2 灰白色，細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)，堅(jiān)硬、性 脆，具斜層理，具裂隙
老底 砂質(zhì)泥巖 7.8 深灰色沙質(zhì)泥巖，含有植物根、莖 花石及炭質(zhì)碎屑
3103運(yùn)輸順槽掘進(jìn)450m處時(shí)揭露1條正斷
層，受斷層以及鄰近3101采空區(qū)影響，巷道揭露斷層
后圍巖穩(wěn)定性，及時(shí)通過(guò)控制掘進(jìn)機(jī)截割深度以及補(bǔ)
打支護(hù)控制圍巖破碎現(xiàn)象，但是通過(guò)實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)
看，掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)后空頂處頂板出現(xiàn)嚴(yán)重失穩(wěn)現(xiàn)象，導(dǎo)
致迎頭煤壁隨之垮落，同時(shí)伴隨著迎頭后方5.0m范
圍內(nèi)頂板出現(xiàn)下沉以及巷幫垮落現(xiàn)象。
2 巷道原臨時(shí)支護(hù)及存在問(wèn)題
2.1 巷道原臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)
1)巷道掘進(jìn)前期主要采用絲杠式前探梁支護(hù)作
為巷道掘進(jìn)后臨時(shí)支護(hù)，該支護(hù)主要由縱梁、橫梁、吊
環(huán)、絲杠等部分組成，如圖1所示。
2)縱梁由12號(hào)槽鋼焊制而成，縱梁長(zhǎng)度為4.0m，
吊環(huán)采用厚度為5mm鋼板焊制而成，吊環(huán)呈“n”型
（見(jiàn)圖1-1),上部鋼板長(zhǎng)度為0.2m、寬度為0.1m，鋼
板中部焊制1個(gè)直徑為80mm的圓孔；兩側(cè)鋼板長(zhǎng)
度為0.15m、寬度為0.12m，在兩側(cè)鋼板上對(duì)稱(chēng)焊制
1個(gè)直徑為50mm圓孔[1-2]。
3)橫梁長(zhǎng)度為4.0m，橫梁上布置3個(gè)直徑為80mm
絲孔，絲杠長(zhǎng)度為0.2m、直徑為70mm，絲杠頂部焊
制1個(gè)頂帽,頂帽長(zhǎng)度為0.1m，如圖1-2所示；絲杠
安裝在橫梁上，每根橫梁安裝3個(gè)。
錨索錨桿
工作面空頂區(qū)域
K
吊環(huán)科
絲杠縱梁0 剎頂木
50
70
200
100
1-1 吊環(huán)三視圖1-2 絲杠三視圖
1一吊環(huán);2一鋼管；3一頂帽;4一絲杠柱
圖1 巷道掘進(jìn)前期絲杠式前探梁超前支護(hù)結(jié)構(gòu)（單位：mm)
2.2 支護(hù)方式
1）首先在工作面迎頭前3排鋼帶下方安裝吊環(huán)，
每排布置3個(gè)吊環(huán)，吊環(huán)分別安裝在第1、3、5錨桿外露
端，吊環(huán)與錨桿之間采用螺母絲扣連接,如圖2所示。
*2)吊環(huán)安裝后在同1排吊環(huán)下方安裝1根橫梁，
3根橫梁安裝后在橫梁上方鋪設(shè)縱梁，縱梁端頭延伸
至巷道迎頭，然后擰動(dòng)絲杠上升，絲杠上升過(guò)程中通
收稿日期:2022-11-15
作者簡(jiǎn)介：趙爾飛（1985一），男，河北萬(wàn)全人，大專(zhuān)，畢業(yè)于中央廣播電視大學(xué)煤礦安全技術(shù)與管理專(zhuān)業(yè)，助理工程師，現(xiàn)就職于山西
煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)陽(yáng)城四侯煤業(yè)有限公司安檢科，從事煤礦安全生產(chǎn)管理工作。
2023年第12期 趙爾飛：掘進(jìn)巷道過(guò)頂板破碎區(qū)安全支護(hù)優(yōu)化 ?297.
工作面空頂區(qū)域
絲杠
錨索O O 前探梁
O
第三排第二排第一排
環(huán)常環(huán)吊環(huán)
剎頂木008 O O
橫梁
1000 錨桿 1.800
第一排鋼帶第二排鋼帶第三排鋼帶
圖2 絲杠式前探梁超前支護(hù)平面示意圖
過(guò)頂部頂帽頂柱縱梁上升直至與頂板接觸嚴(yán)實(shí)，若頂
板不平縱梁與頂板無(wú)法接觸時(shí)，可通過(guò)剎頂木背牢。
2.3 絲杠式超前支護(hù)主要存在的問(wèn)題
1)支護(hù)工序繁瑣：巷道掘進(jìn)后采用絲杠式超前支
護(hù)時(shí)，需3人配合施工，每次安裝支護(hù)時(shí)間為0.5h，
安裝效率低、工序繁瑣，而且縱梁、橫梁等配件質(zhì)量
大，在安裝過(guò)程中危險(xiǎn)系數(shù)高。
2)支護(hù)強(qiáng)度低：絲杠式超前支護(hù)主要利用縱梁延
伸至巷道迎頭實(shí)現(xiàn)對(duì)空頂頂板進(jìn)行支護(hù)，但是縱梁數(shù)
量有效，且支護(hù)截面積小，同時(shí)該支護(hù)只能對(duì)頂板進(jìn)
行支護(hù)，無(wú)法對(duì)巷幫進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度低，支護(hù)效果
差，而且當(dāng)頂板出現(xiàn)下沉?xí)r縱梁很容易出現(xiàn)變形現(xiàn)
象，故障率低[3]
3 支護(hù)技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用
為了進(jìn)一步提高巷道臨時(shí)支護(hù)效果，決定對(duì)
3103運(yùn)輸順槽臨時(shí)支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，安裝了一套擋研
護(hù)頂可移式鋼棚。
3.1 鋼棚結(jié)構(gòu)
1)擋研護(hù)頂可移式鋼棚主要由護(hù)頂板、頂板液壓
支撐桿、頂梁、護(hù)幫板、雙向液壓支撐桿、支撐腿、固定
液壓支撐桿、滑道、行走雙向液壓桿等部分組成，如圖
3所示。
2)護(hù)頂板采用對(duì)稱(chēng)式布置，每架鋼棚頂梁兩側(cè)各
布置3塊護(hù)頂板，每塊護(hù)頂板長(zhǎng)度為0.8m、寬度為
0.4m，采用厚度為5mm鋼板制成，護(hù)頂板通過(guò)液壓
支撐桿控制收縮、伸展等動(dòng)作。
3）每架鋼棚棚腿兩側(cè)各布置4塊護(hù)幫板，護(hù)幫板
規(guī)格與護(hù)頂板規(guī)格相同；固定液壓支撐桿與支架腿內(nèi)
部安裝的雙向液壓支撐桿連接，通過(guò)固定液壓支撐桿
可實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼棚固定作用[4]
4)雙向液壓支撐桿安裝在支架腿內(nèi)部，上端已支
架頂梁連接，下端與固定液壓支撐桿連接，采用一套
雙向油缸可控制兩端伸縮桿移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)頂梁升降以
及雙向液壓支撐桿伸展等動(dòng)作。
5)軌道安裝在兩側(cè)巷幫底板上，鋼棚腿通過(guò)滑輪
8
9 10 12 3-2 擋研護(hù)頂移
3-1 擋研護(hù)頂移動(dòng)式支架部面圖動(dòng)式支架平面圖
1一護(hù)頂板；2—頂板液壓支撐桿；3一頂梁；4一護(hù)幫板；
5一雙向液壓支撐桿；6一支架腿；7一固定液壓支撐桿；8—彈簧；
9一滑輪；10一滑道;11一擋桿;12—行走雙向液壓桿
圖3 擋研護(hù)頂可移式鋼棚結(jié)構(gòu)示意圖
安裝在軌道上，軌道每隔2m設(shè)置1個(gè)擋研，鋼棚通
過(guò)固定液壓支撐桿實(shí)現(xiàn)固定作用。在相鄰兩架鋼棚腿
之間安裝1根行走雙向液壓桿，液壓桿采用雙向油缸
進(jìn)行控制作用。
3.2 鋼棚支護(hù)原理
1首先將軌道安裝在距工作面迎頭1.0m位置，
并將鋼棚所有配件安裝完成，然后通過(guò)雙向液壓支撐
桿將鋼棚固定，通過(guò)打開(kāi)雙向液壓支撐桿使頂梁升起
并與頂板接觸嚴(yán)實(shí)。頂梁支護(hù)到位后通過(guò)頂板液壓支
撐桿打開(kāi)護(hù)頂板實(shí)現(xiàn)對(duì)頂板全斷面支護(hù)。
2）當(dāng)巷道掘進(jìn)后需移鋼棚時(shí)，通過(guò)頂板液壓支撐
桿收回護(hù)頂板，利用雙向液壓支撐桿降下頂梁，并收
回固定液壓支撐桿，移鋼棚時(shí)先移前架鋼棚后移后架
鋼棚[5]。
3)移鋼棚前將后架鋼棚擋研打開(kāi)，收回前架鋼棚
擋研，然后通過(guò)行走雙向液壓桿油缸使伸縮桿伸出，
在伸出過(guò)程中推動(dòng)前架移動(dòng),移動(dòng)步距為1.0m;移架
到位后打開(kāi)前架擋研，收回后架擋研，再次通過(guò)行走
雙向液壓桿油缸使伸縮桿收回，伸縮桿在收回過(guò)程中
帶動(dòng)后架前移，從而完成一個(gè)支護(hù)循環(huán)。
3.3 擋研護(hù)頂可移式鋼棚優(yōu)點(diǎn)
1)自動(dòng)化水平高：與傳統(tǒng)絲杠式臨時(shí)支護(hù)相比，
可移式鋼棚采用液壓系統(tǒng)進(jìn)行支護(hù)、移架等動(dòng)作，系
統(tǒng)操控簡(jiǎn)單，無(wú)需人工干預(yù)，自動(dòng)化水平高，移架、支
護(hù)工序效率高，不僅大大降低了人工支護(hù)勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)
度，而且提高了工作效率。
2)支護(hù)強(qiáng)度高：傳統(tǒng)絲杠式臨時(shí)支護(hù)只能對(duì)頂板
支護(hù)，而擋研護(hù)頂可移式鋼棚采用護(hù)頂、護(hù)幫板可對(duì)
破碎圍巖全方位支護(hù)，支護(hù)斷面大，支護(hù)強(qiáng)度高，當(dāng)圍
巖在大應(yīng)力作用下出現(xiàn)下沉、變形時(shí)，鋼棚可通過(guò)液
壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自降，實(shí)現(xiàn)鋼棚與動(dòng)變形頂板耦合支護(hù)
作用，降低了鋼棚故障率。
3)實(shí)用性強(qiáng)：擋護(hù)頂可移式鋼棚可應(yīng)用不同斷
面的室、采掘巷道以及回采工作面動(dòng)壓區(qū)內(nèi)，實(shí)用
性強(qiáng)、應(yīng)用領(lǐng)域廣。
(編輯：王婧）
上接第295頁(yè)
（編輯：王慧芳）
.298· 第38卷
機(jī)械管理開(kāi)發(fā)
jxglkfbjb@126.com
3.4 實(shí)際應(yīng)用效果分析
截至2021年12月11日巷道已過(guò)應(yīng)力破碎區(qū)，
通過(guò)與巷道前期采用絲杠式臨時(shí)支護(hù)效果對(duì)比分析，
擋研護(hù)頂可移式鋼棚在實(shí)際應(yīng)用中取得了以下顯著
應(yīng)用效果：
1)提高支護(hù)時(shí)效：采用傳統(tǒng)絲杠式臨時(shí)支護(hù)時(shí)每
支護(hù)1個(gè)循環(huán)需3人配合，安裝工序?yàn)榇罴芤弧斯ぐ?
裝→人工拆除→人工搬運(yùn)，整個(gè)工序用時(shí)為0.5~1.0h，
勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度高，效率低；而采用擋研護(hù)頂可移式鋼
棚后整個(gè)支護(hù)過(guò)程中只需1人操作即可，支護(hù)、移架
工序用時(shí)為15min，大大提高了臨時(shí)支護(hù)效率。
2)支護(hù)效果好：巷道前期頂板采用絲杠式臨支護(hù)
后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，由于臨時(shí)支護(hù)斷面小、強(qiáng)度小，
造成空頂處采用臨時(shí)支護(hù)后仍出現(xiàn)斷裂、破碎現(xiàn)象，
整體支護(hù)效果差，而且在破碎頂板作用下臨時(shí)支護(hù)縱
梁變形嚴(yán)重，修復(fù)難度大；而采用擋研護(hù)頂可移式鋼
棚后對(duì)破碎區(qū)頂板及幫部實(shí)現(xiàn)了全方位支護(hù)，巷道在
后期掘進(jìn)過(guò)程中未出現(xiàn)頂板斷裂、冒落現(xiàn)象，支護(hù)效
果好，而且支護(hù)強(qiáng)度高，未出現(xiàn)鋼棚受力出現(xiàn)變形現(xiàn)
象，支護(hù)設(shè)備維修費(fèi)用減少了20余萬(wàn)元。
4結(jié)語(yǔ)
對(duì)四侯煤礦3103運(yùn)輸順槽過(guò)應(yīng)力區(qū)期間傳統(tǒng)臨
時(shí)支護(hù)主要存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，采用了一套擋研護(hù)
頂可移式鋼棚，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，可移式鋼棚
具有支護(hù)強(qiáng)度高、故障率低、操作方便以及實(shí)用性強(qiáng)
等優(yōu)點(diǎn)，支護(hù)優(yōu)化后能夠滿足大應(yīng)力巷道支護(hù)需求，
為其他應(yīng)力區(qū)巷道支護(hù)提供了實(shí)踐依據(jù)，具有很好的
推廣應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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Optimisation of Safety Support for Roadway Excavation over Roof Crushing Zone
Zhao Erfei
( Shanxi Coal Transportation and Marketing Group Yangcheng Sihou Coal Industry Co.,Ltd., Jincheng
Shanxi 048100, China)
Abstract: Based on the Sihou coal mine 3103 back to the wind tunnel over the stress area when the roof plate broken, coal gang collapse
phenomenon, resulting in the roadway after digging the roof leakage, the use of the traditional screw-type temporary support effect is poor,
low support strength, can not be all-round support of the roadway, Sihou mine through the technical research, decided to use a set of
stress-broken area with the function of the gang gang top protection can be moved to a set of steel shed, through the application of the
results Through the actual application effect, the support improves the stability of the roof plate in the crushed area, controls the crushing
phenomenon of the surrounding rock in the stress area, and achieves remarkable application results.
Key words: roadway; stress zone; temporary support; removable steel shed
[5] 王海東，王哲.近距離煤層群高瓦斯礦井采空區(qū)大直徑鉆孔抽采
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[J].金屬礦山，2017(8)：157-160.
Application of Large-Diameter Drilling Equipment in Gas Prevention and Control
Liu Qingxian
( Shanxi Xiangning Coking Group Huiyuan Coking Co.,Ltd., Linfen Shanxi 042100, China )
Abstract: In order to solve the serious problem of gas overlimit in the upper corner of coal mine underground, a new gas extraction
technology with large diameter driling is proposed, and the principle of gas extraction and technical requirements of large diameter drilling
construction are analysed. According to the practical application in underground coal mine, the new gas extraction technology can realise
the continuous extraction of gas in the upper corner of the shaft, and reduce the number of gas overlimit in the upper corner by 97.9%,
which greatly improves the safety of comprehensive mining operation in underground coal mine.
Key words: gas; upper corner; large diameter drlling; gas extraction

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