大斷面巷道一次成巷技術(shù)的應(yīng)用

李長寶　孫桂梁　徐明亮

(神華集團(tuán)蘇海圖礦業(yè)有限責(zé)任公司)

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大斷面巷道一次成巷技術(shù)的應(yīng)用

李長寶孫桂梁徐明亮

(神華集團(tuán)蘇海圖礦業(yè)有限責(zé)任公司)

摘要為了使大型綜采設(shè)備在綜采面切眼工作面快速安裝，縮短安面周期，實(shí)現(xiàn)工作面快速交替，分析了011004切眼二次成巷技術(shù)的應(yīng)用情況及存在的缺陷，提出在011204切眼采用一次成巷技術(shù)。應(yīng)用結(jié)果表明：采用一次成巷技術(shù)，可以確保頂板支護(hù)質(zhì)量良好的前提下，有效地降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，加快了成巷速度，減少了材料消耗，降低了成本，縮短了施工周期，保證了工作面生產(chǎn)的穩(wěn)定接續(xù)。

關(guān)鍵詞大斷面一次成巷錨桿+錨索+木托板+木點(diǎn)柱聯(lián)合支護(hù)

隨著大規(guī)模綜合機(jī)械化采煤設(shè)備的普遍應(yīng)用，煤礦生產(chǎn)的安全性及生產(chǎn)能力都得到了非常大的提高，同時(shí)也降低了勞動(dòng)者的工作強(qiáng)度。但是，大型化的液壓支架如何快速安裝等問題也對(duì)大斷面巷道的施工提出了新的要求。五虎山礦業(yè)公司對(duì)十二層011204切眼的掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了改革，采用一次成巷技術(shù)，解決了大斷面成巷的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了工作面設(shè)備的安全、快速安裝[1-6]。該技術(shù)的應(yīng)用為相同地質(zhì)條件下的兄弟公司一次成巷施工提供了技術(shù)參考。

1礦井概述

五虎山礦業(yè)公司為設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力200萬t/a的大型現(xiàn)代化煤礦。井田內(nèi)主要煤系地層為下二疊統(tǒng)山西組和上石炭統(tǒng)太原組，煤層群賦存。煤系地層平均厚280 m，煤層平均厚41.98 m，含煤系數(shù)為15.4%；主要可采煤層平均厚38.18 m，含煤系數(shù)為13.5%。主采煤層為9#，10#，12#煤層。12#煤層平均厚5.80 m，煤層傾角為5°～12°，頂?shù)装鍘r性均勻，無明顯的偽頂；頂板巖性主要為砂質(zhì)頁巖、頁巖；直接頂為平均厚5.39 m的頁巖，老頂為平均厚1.23 m 的砂質(zhì)頁巖。011204切眼沿十二層煤直接頂掘進(jìn)，頂?shù)装迩闆r見表1。011204位于十二層盤區(qū)南翼，地面標(biāo)高為+1 226～+1 255 m，工作面標(biāo)高為+1 015～+1 054 m，011204工作面設(shè)計(jì)長1 106 m，傾斜長200 m，面積為221 200 m2。該回采面煤層硬度為2，煤巖類型為半亮-半暗型，細(xì)條帶或透鏡體鏡煤條帶，質(zhì)硬性脆，節(jié)理裂隙發(fā)育，傾角為5°～9°。

表1　煤層頂?shù)装迩闆r

2二次成巷技術(shù)

2.1施工工藝

十層切眼掘進(jìn)凈斷面寬6.1 m，施工工藝為二次成巷，即大斷面開切眼在已施工小斷面切眼的基礎(chǔ)上二次擴(kuò)幫掘進(jìn)，其支護(hù)形式為圓木梁+單體液壓支柱+棚腿一梁二柱支護(hù)；擴(kuò)幫掘進(jìn)時(shí)與已施工支護(hù)好的小斷面切眼的圓木棚相互穿插支護(hù)，也使用圓木梁、單體液壓支柱支護(hù)；施工設(shè)備均為傳統(tǒng)設(shè)備，采用打眼爆破法和綜掘機(jī)截割法掘進(jìn)。

2.2支護(hù)方式

十層切眼斷面為矩形，毛斷面尺寸為3.9 m×2.7 m，該巷道使用φ200 mm圓木棚和高2 800 mm的DZ25型單體液壓支柱聯(lián)合支護(hù)。

2.2.1永久支護(hù)

(1)棚梁采用φ200 mm圓木，長3 800 mm；棚腿采用DZ25型單體液壓支柱，長2 800 mm。

(2)采用架設(shè)圓木+剎頂木板梁+塑料網(wǎng)接頂支護(hù)。圓木棚梁單-單-單布置，棚距為800 mm(中-中)，塑料網(wǎng)搭接長度為200 mm，并用雙股14#鉛絲每間隔200 mm連接一道。圓木棚梁上采用800 m×200 m×50 mm木板梁花背，并用木楔剎緊、背牢。

(3)采用一梁二柱支護(hù)，架設(shè)棚時(shí)，棚腿應(yīng)向上方傾斜并與頂、底垂線呈1°～2°迎山角，以保持棚的穩(wěn)定性，單體棚腿之間用8#鐵絲連接。

(4)支柱必須緊跟迎頭，嚴(yán)禁空頂作業(yè)。所有支柱必須支設(shè)在實(shí)底上升緊，柱頭要與棚梁用雙股8#鐵絲捆綁。

2.2.2臨時(shí)支護(hù)及工序

由于011004切眼設(shè)計(jì)高度為2.4 m，受巷道高度限制無法使用綜掘機(jī)機(jī)載前探梁，臨時(shí)支護(hù)采用2根前探梁支護(hù)，每根前探梁使用4 m長10#槽鋼背靠背用特殊加工的抱卡固定在棚梁上，每根前探梁用2個(gè)抱卡固定，前探梁的間距為1 500 mm。

每個(gè)循環(huán)完成以后，首先松開抱卡，將前探梁槽鋼前移,并將棚梁架在其上，然后將前探梁移至工作面迎頭煤壁，調(diào)設(shè)平穩(wěn)，在前探梁、鋼梁上方架設(shè)板梁，且用木楔背緊。架棚時(shí)不得拆除前探梁，每個(gè)循環(huán)出煤前，必須用同樣的方法前移前探梁，架好前探梁后，方可出煤。出煤后立即架棚支護(hù)。

2.2.3特殊段支護(hù)

011004切眼開口段為綜掘機(jī)施工通道，需進(jìn)行大斷面支護(hù)，分2段成巷，分別按凈寬3.5 m的斷面炮掘老塘側(cè)10 m，架設(shè)木棚梁支護(hù)，棚距為600 mm(中-中)；然后再按凈寬3.0 m的斷面炮掘劈幫采面?zhèn)榷吻? m，架設(shè)7 m長29#U型鋼棚支護(hù)，U型鋼穿插在老塘側(cè)已架好的相對(duì)應(yīng)的2根木棚梁之間支護(hù)，中對(duì)中棚距為600 mm，架設(shè)好U型鋼棚后替下老塘側(cè)的木棚梁，U型鋼用一梁四柱進(jìn)行支護(hù)，中間補(bǔ)打一根點(diǎn)柱以加強(qiáng)支護(hù)。

2.3二次成巷的弊端

(1)施工工藝較為復(fù)雜，工期較一次成巷長，施工安全系數(shù)低，各種支護(hù)材料浪費(fèi)較多，消耗量大。

(2)炮掘時(shí)，擴(kuò)幫對(duì)巷道造成二次傷害，部分錨桿松動(dòng)，對(duì)巷道成形、日后維護(hù)等造成影響。

(3)單體液壓支架有時(shí)會(huì)泄液，造成圓木下沉，剎頂板梁松動(dòng)；圓木也比較粗，人員上梁時(shí)比較費(fèi)勁，也存在安全隱患。

3一次成巷技術(shù)的應(yīng)用

為了簡化掘進(jìn)工藝，提高掘進(jìn)單尺和切眼安全性，縮短綜采面的準(zhǔn)備工期，為綜采面創(chuàng)造良好的安裝條件，對(duì)011204切眼的掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了改革，采用一次成巷技術(shù)。首先從掘進(jìn)裝備上入手，采用大功率EBZ200型懸臂式掘進(jìn)機(jī)，定位截割寬度達(dá)6.5 m，能夠滿足011204切眼一次成巷的需要(6.5 m×3.3 m)；其次對(duì)支護(hù)工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和改革，減少安裝錨網(wǎng)、錨梁工序，加大錨桿、錨索排間距，并在巷道正中間增設(shè)一排木點(diǎn)柱加強(qiáng)支護(hù)。

3.1施工方法

011204切眼采用一次成巷方式掘進(jìn)，先沿南幫老塘側(cè)按斷面寬4.5 m掘進(jìn)2 m，進(jìn)行永久支護(hù)后，再向北(回采側(cè))擴(kuò)幫，寬2 m，深2 m，最終形成寬6.5 m的切眼，擴(kuò)幫后及時(shí)進(jìn)行永久支護(hù)，此為一個(gè)循環(huán)，以此類推，直到切眼施工完。此方法減少了大斷面巷道掘進(jìn)時(shí)的空頂面積，大大降低了巷道冒頂?shù)目赡苄訹7-12]。

3.2支護(hù)方式

3.2.1錨桿支護(hù)

3.2.1.1錨桿直徑

根據(jù)桿體承載力與錨固力強(qiáng)度相等的原則進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)錨桿屈服變形后造成頂板離層變形情況進(jìn)行校核，錨桿直徑取17.7 mm。根據(jù)實(shí)際情況，確定使用φ18 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿。

3.2.1．2錨桿長度

錨桿長度計(jì)算公式為

(1)

式中，L為垂直錨桿長度，m；L1為錨桿外露長度，取0.1 m；L2為錨桿有效長度，即巷道頂板松動(dòng)圈的高度，取1.2 m；L3為錨桿錨固長度，取0.5 m。

計(jì)算得出L=1.8 m，考慮實(shí)際應(yīng)用，取2 m。

3.2.1.3錨桿間排距

根據(jù)每根錨桿懸吊巖石載荷大小確定錨桿間距a與排距b(通常a=b)，即錨桿懸吊巖石載荷等于錨桿的錨固力，則

(2)

式中,a為錨桿間距，m；Q為錨桿的錨固力，70 kN;K為錨桿安全系數(shù)，取2.2；γ為巖石容重，25.2 kN/m3；L2為錨桿有效長度，1.2 m。

計(jì)算得出a=1.03 m，錨桿間排距確定為a=b=0.95 m。

頂錨桿采用φ18 mm×2 000 mm螺紋鋼錨桿，間排距為950 mm×950 mm，每排7根，每根頂錨桿用2卷K2335快速樹脂藥卷，并加設(shè)木托板和鐵托板；巷道南幫(老塘側(cè))施工2排φ16 mm×1 800 mm的玻璃鋼幫錨桿，間排距為1 200 mm×1 200 mm，頂排幫錨桿距頂500 mm，每根錨桿用1卷K2335快速樹脂藥卷；巷道北幫(回采側(cè))不進(jìn)行幫支護(hù)。

3.2.2錨索支護(hù)

12#煤層直接頂厚5.39 m，頂錨桿長2 m，不能將其錨固在穩(wěn)定的巖層中，未能解決直接頂離層問題。為了提高切眼的安全性能，采用錨索加強(qiáng)支護(hù)，錨索長6.3 m，能夠打到老頂砂質(zhì)頁巖內(nèi)，鉆孔直徑為32 mm，沿切眼走向在頂板打設(shè)2排，間排距為1 900 mm×1 900 mm。

3.2.3木點(diǎn)柱支護(hù)

由于切眼懸頂面積過大，在巷道正中間打一排木點(diǎn)柱，間距為1 900 mm，木點(diǎn)柱既起信號(hào)柱作用，也起支撐作用，同時(shí)又能減緩頂板下沉，為切眼施工提供了安全保障。011204切眼支護(hù)方式見圖1。

圖1　011204切眼支護(hù)方式(單位：mm)

4礦壓監(jiān)測(cè)

011204切眼施工過程中，在開口處及200 m處分別安裝了一套頂板離層指示儀，在整個(gè)掘進(jìn)期間對(duì)巷道頂板離層進(jìn)行全程跟蹤監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)只有開口三角區(qū)出現(xiàn)頂板離層現(xiàn)象，但離層量不大，采用補(bǔ)打錨索并增設(shè)木點(diǎn)柱加強(qiáng)支護(hù)后，頂板沒有出現(xiàn)進(jìn)一步離層，其他地方?jīng)]有發(fā)生頂板離層現(xiàn)象。

5技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益

通過對(duì)采用二次成巷工藝和一次成巷工藝掘進(jìn)的2個(gè)相鄰的綜采面切眼比較來看，采用二次成巷工藝工期為35 d，切眼頂板發(fā)生了不同程度的破碎冒落，尤其在斷層破碎帶起吊大件時(shí)造成錨桿拉脫，給安裝工作帶來不小的困難，而采用一次成巷工藝工期為26 d，巷道表面相對(duì)位移量較小，基本沒有變形，切眼頂板基本穩(wěn)定，沒有發(fā)生冒落事故，減少二次成巷設(shè)備安裝、拆除和部分工序，有效地降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，加快成巷速度，減少材料消耗，降低成本。

6結(jié)語

采用EBZ200型懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，錨桿+錨索+木托板+木點(diǎn)柱聯(lián)合支護(hù)，一次成巷工藝，避免了對(duì)巷道的二次破壞，提高了巷道掘進(jìn)速度，巷道表面相對(duì)位移量較小，切眼頂板基本穩(wěn)定，沒有發(fā)生冒落事故，支護(hù)效果良好，為綜采面設(shè)備快速安全的安裝提供了有力保障，成功解決了五虎山礦業(yè)公司生產(chǎn)接續(xù)緊張的問題。

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(收稿日期2016-01-19)

李長寶(1966—)，男，總工程師，工程師，016000 內(nèi)蒙古烏海市。