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掘進巷道過頂板破碎區安全支護優化

文檔作者：趙爾飛文檔來源：山西煤炭運銷集團陽城四侯煤業有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年10月03日
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上一篇：掘進巷道過陷落柱措施及支護技術研究

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技術應用
2023年第12期 Mechanical Management and Development No.12, 2023
總第248期 機械管理開發 Tota2l 48
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2023.12.113
掘進巷道過頂板破碎區安全支護優化
趙爾飛
（山西煤炭運銷集團陽城四侯煤業有限公司， 山西晉城048100)
摘要：基于四侯煤礦3103回風順槽過應力區時出現頂板破碎、煤幫垮落現象，造成巷道掘進后頂板出現冒漏，采
用傳統絲杠式臨時支護效果差，支護強度低，無法對巷道全方位進行支護的問題，四侯煤礦通過技術研究，決定對
應力破碎區采用一套具有擋研護頂功能的可移式鋼棚。通過實際應用效果來看，采用該支護后提高了破碎區頂板
穩定性，控制了應力區圍巖破碎現象，取得了顯著應用成效。
關鍵詞：巷道；應力區；臨時支護；可移式鋼棚
中圖分類號：TD353;TD327.2 文獻標識碼：A 文章編號：1003-773X(2023)12-0296-03
1 3101運輸順槽概況
山西煤炭運銷集團陽城四侯煤業有限公司3103
運輸順槽位于井田一采區，東側為3101采空區，西側
為3108工作面，北側為礦井邊界保護煤柱，南側為一
采區3條大巷。3103運輸順槽設計掘進長度為870m，
巷道掘進煤層為3號煤層，平均厚度為3.7m，平均傾
角為15°，煤層結構復雜，含0~3層夾研，夾研為泥
巖煤層裂隙不發育，結構簡單至中等，煤層賦存穩定，
進、回順槽掘進期間，都遇到不同程度的構造發育，煤
層最薄為2.8m，夾研最厚約1.3m，煤層頂底板巖性
如表1所示。
表1 15號煤層頂底板巖性
頂底板 巖石性質 厚度/m 巖性特征 名稱
老頂細粒砂巖7.66 灰色細粒砂巖、泥巖互層
直接頂 粉砂巖、泥巖 3.95 為灰黑色含粉砂質泥巖，鈣質膠 結，分選一般，含有泥巖包裹
偽頂 碳質泥巖、灰色 0.03 灰色薄層狀，水平層理十分發育， 泥巖富含植物化石
3號 煤 3.7 層狀構造，階梯狀斷口，外生裂隙 發育，為光亮型煤
直接底 泥巖、粉砂巖 3.2 灰白色，細粒砂狀結構，堅硬、性 脆，具斜層理，具裂隙
老底 砂質泥巖 7.8 深灰色沙質泥巖，含有植物根、莖 花石及炭質碎屑
3103運輸順槽掘進450m處時揭露1條正斷
層，受斷層以及鄰近3101采空區影響，巷道揭露斷層
后圍巖穩定性，及時通過控制掘進機截割深度以及補
打支護控制圍巖破碎現象，但是通過實際應用效果來
看，掘進機掘進后空頂處頂板出現嚴重失穩現象，導
致迎頭煤壁隨之垮落，同時伴隨著迎頭后方5.0m范
圍內頂板出現下沉以及巷幫垮落現象。
2 巷道原臨時支護及存在問題
2.1 巷道原臨時支護結構
1)巷道掘進前期主要采用絲杠式前探梁支護作
為巷道掘進后臨時支護，該支護主要由縱梁、橫梁、吊
環、絲杠等部分組成，如圖1所示。
2)縱梁由12號槽鋼焊制而成，縱梁長度為4.0m，
吊環采用厚度為5mm鋼板焊制而成，吊環呈“n”型
（見圖1-1),上部鋼板長度為0.2m、寬度為0.1m，鋼
板中部焊制1個直徑為80mm的圓孔；兩側鋼板長
度為0.15m、寬度為0.12m，在兩側鋼板上對稱焊制
1個直徑為50mm圓孔[1-2]。
3)橫梁長度為4.0m，橫梁上布置3個直徑為80mm
絲孔，絲杠長度為0.2m、直徑為70mm，絲杠頂部焊
制1個頂帽,頂帽長度為0.1m，如圖1-2所示；絲杠
安裝在橫梁上，每根橫梁安裝3個。
錨索錨桿
工作面空頂區域
K
吊環科
絲杠縱梁0 剎頂木
50
70
200
100
1-1 吊環三視圖1-2 絲杠三視圖
1一吊環;2一鋼管；3一頂帽;4一絲杠柱
圖1 巷道掘進前期絲杠式前探梁超前支護結構（單位：mm)
2.2 支護方式
1）首先在工作面迎頭前3排鋼帶下方安裝吊環，
每排布置3個吊環，吊環分別安裝在第1、3、5錨桿外露
端，吊環與錨桿之間采用螺母絲扣連接,如圖2所示。
*2)吊環安裝后在同1排吊環下方安裝1根橫梁，
3根橫梁安裝后在橫梁上方鋪設縱梁，縱梁端頭延伸
至巷道迎頭，然后擰動絲杠上升，絲杠上升過程中通
收稿日期:2022-11-15
作者簡介：趙爾飛（1985一），男，河北萬全人，大專，畢業于中央廣播電視大學煤礦安全技術與管理專業，助理工程師，現就職于山西
煤炭運銷集團陽城四侯煤業有限公司安檢科，從事煤礦安全生產管理工作。
2023年第12期 趙爾飛：掘進巷道過頂板破碎區安全支護優化 ?297.
工作面空頂區域
絲杠
錨索O O 前探梁
O
第三排第二排第一排
環常環吊環
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平面示意圖
過頂部頂帽頂柱縱梁上升直至與頂板接觸嚴實，若頂
板不平縱梁與頂板無法接觸時，可通過剎頂木背牢。
2.3 絲杠式超前支護主要存在的問題
1)支護工序繁瑣：巷道掘進后采用絲杠式超前支
護時，需3人配合施工，每次安裝支護時間為0.5h，
安裝效率低、工序繁瑣，而且縱梁、橫梁等配件質量
大，在安裝過程中危險系數高。
2)支護強度低：絲杠式超前支護主要利用縱梁延
伸至巷道迎頭實現對空頂頂板進行支護，但是縱梁數
量有效，且支護截面積小，同時該支護只能對頂板進
行支護，無法對巷幫進行支護，支護強度低，支護效果
差，而且當頂板出現下沉時縱梁很容易出現變形現
象，故障率低[3]
3 支護技術優化應用
為了進一步提高巷道臨時支護效果，決定對
3103運輸順槽臨時支護進行優化，安裝了一套擋研
護頂可移式鋼棚。
3.1 鋼棚結構
1)擋研護頂可移式鋼棚主要由護頂板、頂板液壓
支撐桿、頂梁、護幫板、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)護頂板采用對稱式布置，每架鋼棚頂梁兩側各
布置3塊護頂板，每塊護頂板長度為0.8m、寬度為
0.4m，采用厚度為5mm鋼板制成，護頂板通過液壓
支撐桿控制收縮、伸展等動作。
3）每架鋼棚棚腿兩側各布置4塊護幫板，護幫板
規格與護頂板規格相同；固定液壓支撐桿與支架腿內
部安裝的雙向液壓支撐桿連接，通過固定液壓支撐桿
可實現對鋼棚固定作用[4]
4)雙向液壓支撐桿安裝在支架腿內部，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，實現對頂梁升降以
及雙向液壓支撐桿伸展等動作。
5)軌道安裝在兩側巷幫底板上，鋼棚腿通過滑輪
8
9 10 12 3-2 擋研護頂移
3-1 擋研護頂移動式支架部面圖動式支架平面圖
1一護頂板；2—頂板液壓支撐桿；3一頂梁；4一護幫板；
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 擋研護頂可移式鋼棚結構示意圖
安裝在軌道上，軌道每隔2m設置1個擋研，鋼棚通
過固定液壓支撐桿實現固定作用。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
進行控制作用。
3.2 鋼棚支護原理
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，然后通過雙向液壓支撐
桿將鋼棚固定，通過打開雙向液壓支撐桿使頂梁升起
并與頂板接觸嚴實。頂梁支護到位后通過頂板液壓支
撐桿打開護頂板實現對頂板全斷面支護。
2）當巷道掘進后需移鋼棚時，通過頂板液壓支撐
桿收回護頂板，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，收回前架鋼棚
擋研，然后通過行走雙向液壓桿油缸使伸縮桿伸出，
在伸出過程中推動前架移動,移動步距為1.0m;移架
到位后打開前架擋研，收回后架擋研，再次通過行走
雙向液壓桿油缸使伸縮桿收回，伸縮桿在收回過程中
帶動后架前移，從而完成一個支護循環。
3.3 擋研護頂可移式鋼棚優點
1)自動化水平高：與傳統絲杠式臨時支護相比，
可移式鋼棚采用液壓系統進行支護、移架等動作，系
統操控簡單，無需人工干預，自動化水平高，移架、支
護工序效率高，不僅大大降低了人工支護勞動作業強
度，而且提高了工作效率。
2)支護強度高：傳統絲杠式臨時支護只能對頂板
支護，而擋研護頂可移式鋼棚采用護頂、護幫板可對
破碎圍巖全方位支護，支護斷面大，支護強度高，當圍
巖在大應力作用下出現下沉、變形時，鋼棚可通過液
壓系統實現自降，實現鋼棚與動變形頂板耦合支護
作用，降低了鋼棚故障率。
3)實用性強：擋護頂可移式鋼棚可應用不同斷
面的室、采掘巷道以及回采工作面動壓區內，實用
性強、應用領域廣。
(編輯：王婧）
上接第295頁
（編輯：王慧芳）
.298· 第38卷
機械管理開發
jxglkfbjb@126.com
3.4 實際應用效果分析
截至2021年12月11日巷道已過應力破碎區，
通過與巷道前期采用絲杠式臨時支護效果對比分析，
擋研護頂可移式鋼棚在實際應用中取得了以下顯著
應用效果：
1)提高支護時效：采用傳統絲杠式臨時支護時每
支護1個循環需3人配合，安裝工序為搭架一→人工安
裝→人工拆除→人工搬運，整個工序用時為0.5~1.0h，
勞動作業強度高，效率低；而采用擋研護頂可移式鋼
棚后整個支護過程中只需1人操作即可，支護、移架
工序用時為15min，大大提高了臨時支護效率。
2)支護效果好：巷道前期頂板采用絲杠式臨支護
后通過現場觀察發現，由于臨時支護斷面小、強度小，
造成空頂處采用臨時支護后仍出現斷裂、破碎現象，
整體支護效果差，而且在破碎頂板作用下臨時支護縱
梁變形嚴重，修復難度大；而采用擋研護頂可移式鋼
棚后對破碎區頂板及幫部實現了全方位支護，巷道在
后期掘進過程中未出現頂板斷裂、冒落現象，支護效
果好，而且支護強度高，未出現鋼棚受力出現變形現
象，支護設備維修費用減少了20余萬元。
4結語
對四侯煤礦3103運輸順槽過應力區期間傳統臨
時支護主要存在的問題進行分析，采用了一套擋研護
頂可移式鋼棚，通過實際應用效果來看，可移式鋼棚
具有支護強度高、故障率低、操作方便以及實用性強
等優點，支護優化后能夠滿足大應力巷道支護需求，
為其他應力區巷道支護提供了實踐依據，具有很好的
推廣應用價值。
參考文獻
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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
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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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