CN1580491A - 采掘工作面破碎顶板超前支护工艺 - Google Patents

Abstract

一种采掘工作面破碎顶板超前支护工艺，操作如下：①贴近顶板，避开正规支护，定出钻孔位置。②在顶板被揭露前，由煤电钻或风煤钻驱动，用大直径锥体钻头进行湿式打眼；钻头直径大于前探梁横断面外接圆直径，孔深大于循环进尺。③将作前探梁的π型钢、工字钢或铰接顶梁***前探孔中。④将前探梁的孔外一端支护或固定，同时将前探梁孔外末端用方木、木楔背紧。该工艺不仅能实现破碎顶板在被揭露前即进行的超前护顶控制、使超前支护由被动变主动，而且提高了超前支护的支承强度、稳定性和可靠性。工艺简单实用，操作简便，能有效地避免或减少冒顶事故发生。大直径锥体钻头结构简单，取材方便，易加工，安装使用方便，经久耐用。

Description

采掘工作面破碎顶板超前支护工艺

所属技术领域

本发明涉及煤矿井下采场支护工艺，特别是一种用于顶板破碎带及裂隙发育的复合顶板采掘工作面、超前护顶的采掘工作面破碎顶板超前支护工艺。

背景技术

顶板灾害作为影响矿井安全生产的五大自然灾害之一，一直是事故多发环节。从煤矿安全事故案例统计来看，顶板事故约占事故发生机率40％以上。

当煤层顶板破碎、裂隙发育、极易冒落时，会给生产造成很大困难，不仅给人身安全带来威胁，而且严重影响采掘生产，给人力物力造成巨大损失。

传统的采、掘生产过程中的顶板支护，大都采用顶板被揭露后再进行顶板支护的形式，顶板完整时，可在前探梁的掩护下在最短时间内实施支护，但在遭遇破碎顶板和复合顶板时，即使有前探梁的掩护，亦不能排除冒顶、伤人等事故的发生，滞后的支护给顶板支护带来安全隐患，是一种被动的支护工艺。

在掘进迎头，一般在放炮后顶板大都因破碎而冒落，即使在前探梁的掩护下，顶板仍有冒落的可能。尤其支护过程中受风钻振动等外在因素影响，在破碎顶板下施工，仍存在人身安全隐患。在回采工作面，机组运行后，机道顶板被揭露，对已被揭露的机道顶板实施支护，同样存在被动支护问题。所以，在破碎顶板被揭露、冒落前实施超前支护是顶板支护工作变被动为主动的首选。

在“采煤机械化经验汇编”1974-1983(煤炭工业部生产司编)一书的第183页，记载了开滦范各庄矿对综采面破碎顶板超前控制方法——超前带铁棍法：当顶板极破碎时，在每个支架顶梁的位置，距顶板200～300mm处打两个3m深的眼，里面***直径为24mm左右、长3m的铁棍，推移支架将铁棍托住，以控制破碎顶板；或在眼内***一根木锚杆，在两木锚杆间安设铁套，铁套可在木锚杆上滑动，然后在支架顶梁至铁套间架设大木板或圆柱。该书第250、444页记载了大同矿务局相同的超前支护方法：向煤壁打眼，***直径28～32mm、长2.5m的圆钢。这种打小钻孔、插细铁棍的超前支护，虽然能初步解决由被动支护变主动支护问题，但支承强度低，稳定性、可靠性较差。

对于破碎顶板的超前控制，还有固结顶板方法，即通过超前钻孔向破碎顶板注入固结剂，固结煤、岩层，从而提高顶板岩层稳定性。固结剂有水泥类、聚氨酯及脲醛树脂类等。这种方法需要专用设备，施工复杂，成本高。

发明内容

为了克服现有采掘工作面破碎顶板支护支承强度低、稳定性差的不足，本发明提供一种采掘工作面破碎顶板超前支护工艺，该工艺不仅能实现破碎顶板在被揭露前即进行超前支护、使超前支护变被动为主动，而且能提高支承强度及稳定性、可靠性；同时基本利用现有钻具，操作简便，简单实用，效果明显。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

采掘工作面破碎顶板超前支护工艺的操作方法如下：

①在采掘工作面破碎顶板处，贴近顶板，避开正规支护，根据孔间距，于工作面煤壁上，定出钻孔位置。

②在煤层顶板被采掘作业揭露前，由普通矿用电钻或风钻驱动，用大直径钻头进行湿式打眼。钻头直径要略大于前探梁横断面外接圆直径，孔深大于循环进尺。

③打眼后，将前探梁***打好的前探孔中，插至孔底。

④将前探梁的孔外的一端，进行支护或固定；同时，将前探梁的孔外的末端用方木或/和木楔背紧。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案还可以是：

该超前支护工艺用的大直径钻头是大直径锥体钻头，该钻头前半部是镶嵌硬质合金刀片的大直径锥体，钻头后半部有螺旋叶片。钻头配用的钻杆，其主体是矿用六棱空心钢钎杆、钎尾是水式钎尾。驱动用电钻或风钻，采用通用的煤电钻或风煤钻。大直径锥体钻头直径的典型尺寸为130±3mm。

在该超前支护工艺中，钻出的前探孔与顶板成上仰角2～3°。

在该超前支护工艺中，对于掘进工作面，前探梁孔外一端的支护或固定，是用吊梁器固定到顶板锚杆上，即将吊梁器套在前探梁上，再用螺母将吊梁器固定于锚杆下端露出的螺纹上。放炮之后，要重新加固前探梁。

在该超前支护工艺，对于采煤工作面，前探梁的孔外一端的支护或固定，是采用单体支柱将前探梁支撑。

在该超前支护工艺中，前探孔的孔深、即前探梁探入长度，超出循环进尺200mm±100mm为宜。

该超前支护工艺所用的前探梁可采用π型钢、矿用工字钢、铰接顶梁等。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

①该工艺不仅能实现采掘工作面破碎顶板在被采掘作业揭露前即进行超前护顶控制、使超前支护变被动为主动，而且实现了比现有用细铁棍、木锚杆支护更加稳定、可靠的超前支护，使超前支护的支承强度大大提高。从而使采掘工作面的二次支护的安全性得到可靠的提高，避免或减少冒顶事故发生。

②由于有效地避免或减少冒顶事故，使采掘生产进度和正规循环作业得到保证；减少大量人力物力的投入和消耗，提高工效，降低吨煤成本；减少矸石排运量，提高煤炭质量；减少因运矸导致刮板输送机断链等机械故障。

③工艺简单实用，操作简便，效果明显。大直径锥体钻头结构简单，取材方便，易加工，安装使用方便，经久耐用。

附图说明

图1：本发明掘进迎头破碎顶板超前护顶支护的示意图

图2：前探梁吊梁器的结构示意图轴测图

图3：大直径锥体钻头的结构示意图

图4：本发明采煤工作面破碎顶板超前护顶支护的示意图

图5：图4中的A-A剖视图

图中：1-前探梁、2-方木、3-吊梁器、5-梁框、6-槽孔、7-合金刀片、8-导水孔、9-中心孔、10-大直径锥体、11-螺杆轴、12-螺旋叶片、13-螺孔、14-正规支护顶梁、15-正规支护单体支柱、16-工作面输送机、17-单体支柱

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

实施例1：

图1示出本发明掘进迎头破碎顶板超前护顶支护工艺，其操作方法如下：

①首先在巷道轮廓线上，定出前探梁(1)、即钻孔的位置。点眼时，要使巷道顶部支护锚杆(4)成一条直线，而为前探梁(1)打的钻孔在其旁边。钻孔的间距、即前探梁(1)架数根据巷道断面大小而定，一般巷道宽度在3m以下时，用两组；3m以上时用三组。

②用大直径锥体钻头打眼，打眼的方向要和顶板线成上仰2～3°的角，以便前探梁镶入顶板时成上仰状态以增强对顶板的支护强度。打眼深度比循环进尺要超出200±100mm。大直径锥体钻头的直径应略大于前探梁(1)。钻头过大，造成前探梁(1)活动间隙增加，升柱时需用多块方木造成材料浪费且前探梁(1)不牢固；钻孔过小，前探梁(1)***困难。对于前探梁(1)常用的π型钢、矿用工字钢，钻头直径以130±3mm为宜。大直径锥体钻头后端联接钻杆主体，钻杆主体后端联接水式钎尾，钎尾由电煤钻或风煤钻驱动，进行湿式打眼。

打眼操作步骤：a.安好风煤钻或电煤钻、水式钎尾、钻杆、大直径锥体钻头，并依次拧紧。b.对好眼位，调整好角度，点开启动，在钻头进入煤体的同时打开水阀，两人扶钻一人推钻。

③将前探梁(1)***打好的前探孔中，要插到孔的底部。前探梁(1)可采用π型钢、矿用工字钢或铰接顶梁等。前探梁(1)的长度要合适，一般应为：循环进尺+锚杆排距+400mm的余量。

④将前探梁吊梁器(3)套在前探梁(1)上，使吊梁器(3)上的槽孔(6)安装在迎头第一排或第二排锚杆(4)下端的外露螺纹上，用螺帽上紧吊梁器(3)。同时用方木(2)或木楔将前探梁(1)后端背牢。方木(2)的作用是使前探梁(1)被吊装后其前端在前探孔中翘起、接顶牢固。

⑤放炮后重新加固好前探梁(1)，在前探梁(1)的掩护下扒出迎头的碴子，对顶板进行正规支护。

2002年4月在汶南煤矿41104东上平巷的掘进施工中，掘至7#点时，迎头顶板裂隙发育严重，极易冒落，开始对本发明进行试验性应用。首先在十一层煤与顶板结合部按2～3°的切向方位，沿走向均布施工3～4个钻孔，钻孔深度较规程要求的班进循环进度深100～200mm，然后探入矿用工字钢或π型钢作前探梁，前探梁末端与迎头顶板前排锚杆联接固定。从现场使用情况来看，炮后顶板的冒落得到了有效控制。

在图2中示出的吊梁器(3)为方形偏心多位吊梁器。吊梁器的梁框(5)为长方形，其固定板上有槽孔(6)。槽孔(6)的作用是把吊梁器(3)安到锚杆(4)下端外露螺纹上、用螺母固定；槽孔(6)为长条形可增加吊梁器(3)的可调性。吊梁器(3)也可以是圆形偏心多位吊梁器，即其梁框为圆环形。吊梁器用厚度8～12mm的钢板制作。

在图3中示出大直径锥体钻头的结构。钻头的前半部为大直径锥体(10)，呈圆锥体状，在大直径锥体(10)上均布三条凹槽，凹槽内镶嵌并焊接硬质合金刀片(7)；在大直径锥体(10)后部有一个中心孔(9)；在锥体高度的约1/2处，均布有三个由锥面到锥体重心的导水孔(8)、与中心孔(9)相通。钻头的后半部为直径130±3mm的螺旋叶片(12)，螺旋叶片(12)焊在螺杆轴(11)上。螺杆轴(11)前端与大直径锥体(10)连为一体；螺杆轴(11)的中心孔，与锥体的中心孔(9)为同一加工孔；螺杆轴(11)尾端中心有内螺孔(13)，用于与钻杆联接。

大直径锥体钻头的主体用优质中碳钢加工。钻头主体由锥形钢体与圆钢焊接一体构成，然后进行机械加工，前端加工成圆锥体，并加工出三条凹槽，在凹槽内镶嵌并焊接刀片，在后端加工一个深至圆锥体内的中心肓孔，并从锥高约1/2处任一位置、由锥面向锥体重心加工均布的三个导水孔与中心孔连通，尾部加工出M20的内螺纹，在钻头后半部圆钢上焊接螺旋叶片。

钻头后面联接的钻杆，其主体采用矿用六棱空心钢加工，钻杆长度依据孔深需要决定；钻杆主体后面的钎尾，采用成品水式钎尾。风煤钻或电煤钻与钎尾的联接、钎尾与钻杆的联接、钻杆与钻头的联接，均采用螺纹联接。采用螺纹联接，实用、方便、快捷。

实施例2：

图4、5示出本发明采煤工作面破碎顶板超前支护工艺，其操作方法如下：

①在采煤面正规支柱(15)空档内，先选好钻孔位置、即前探梁(1)位置：贴工作面顶部；钻孔的间距、即前探梁(1)的架间距(L)，根据顶板的破碎程度而定；顶板冒落较严重时控制在1m左右，顶板稍微好时可以稍大点。

②按与顶板成α＝2～3°的仰角方向，用大直径锥体钻头打眼，孔深(h)应比循环进尺超出200mm左右。大直径锥体钻头直径为130±3mm，配矿用六棱空心钢钻杆、水式钎尾，用煤电钻或风煤钻驱动，进行湿式打眼。

③打完眼后将前探梁(1)前探到孔底，外端用方木(2)垫好，最后用单体支柱(17)将前探梁(1)顶牢。

其具体内容与实施例1基本相同，不再详述。图中其余有：正规支护顶梁(14)、工作面输送机(16)。

2002年5月，在施工汶南煤矿41103东工作面时，由于复合顶较厚，顶板破碎，极易冒落，决定在该面采用本工艺超前护顶。在机道煤与顶板结合部，按1.4m均匀布置钻孔，然后使用π型钢作前探梁进行超前支护，使机组割煤后的机道顶板冒落得到了有效控制。

Claims (9)

1.一种采掘工作面破碎顶板超前支护工艺，其操作方法如下：

①在采掘工作面破碎顶板处，贴近顶板，避开正规支护，根据孔间距，于工作面煤壁上，定出钻孔位置；

②在煤层顶板被采掘作业揭露前，由普通矿用电钻或风钻驱动，用大直径钻头进行湿式打眼；钻头直径要大于前探梁的横断面外接圆直径，孔深大于循环进尺；

③打眼后，将前探梁(1)***打好的前探孔中，插至孔底；

④将前探梁(1)的孔外的一端，支护或固定；同时，将前探梁(1)的孔外的末端用方木(2)或/和木楔背紧。

2.根据权利要求1所述的采掘工作面破碎顶板超前支护工艺，其特征在于：所说的大直径钻头是大直径锥体钻头，该钻头前半部是镶嵌硬质合金刀片(7)的大直径锥体(10)，钻头后半部有螺旋叶片(12)；钻头配用的钻杆，其主体是矿用六棱空心钢、钎尾是水式钎尾；驱动用的电钻或风钻是煤电钻或风煤钻。

3.根据权利要求2所述的采掘工作面破碎顶板超前支护工艺，其特征在于：所说的大直径锥体钻头，其直径为130±3mm。

4.根据权利要求1所述的采掘工作面破碎顶板超前支护工艺，其特征在于：所说的前探孔与顶板成上仰角2～3°。

5.根据权利要求1所述的采掘工作面破碎顶板超前支护工艺，其特征在于：所说的采掘工作面是掘进工作面，所说的前探梁(1)孔外一端的支护或固定是用吊梁器(3)固定到顶板锚杆(4)上，即将吊梁器(3)套在前探梁(1)上，再用螺母将吊梁器(3)固定于锚杆(4)下端露出的螺纹上；放炮后，重新加固前探梁(1)。

6.根据权利要求1所述的采掘工作面破碎顶板超前支护工艺，其特征在于：所说的采掘工作面是采煤工作面，所说的前探梁(1)的孔外一端的支护或固定是用单体支柱(17)将前探梁(1)支撑。

7.根据权利要求1所述的采掘工作面破碎顶板超前支护工艺，其特征在于：所说的前探孔的孔深、即前探梁(1)探入长度，超出循环进尺200mm±100mm。

8.根据权利要求1所述的采掘工作面破碎顶板超前支护工艺，其特征在于：所说的前探梁(1)是π型钢、矿用工字钢。

9.根据权利要求1所述的采掘工作面破碎顶板超前支护工艺，其特征在于：所说的前探梁(1)是铰接顶梁。

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