近距離煤層巷道過巷掘進(jìn)施工工藝應(yīng)用實(shí)踐

姚 旭

1 工程概述

塔山礦二盤區(qū)可采煤層為山2#石炭二疊紀(jì)煤層，2204掘進(jìn)工作面位于二盤區(qū)以西，巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1810 m，巷道寬度為5.2 m，巷道高度為4.5 m，2204巷以北布置三條大巷分別為盤區(qū)回風(fēng)巷、盤區(qū)輔運(yùn)輸巷、盤區(qū)皮帶巷（見圖1），三條大巷標(biāo)高分別為720 m、720 m、724 m，三條大巷之間預(yù)留保護(hù)煤柱寬度為30 m。2204巷在掘進(jìn)期間為便于形成穩(wěn)定的出煤系統(tǒng)，巷道從盤區(qū)皮帶巷指定位置采用爆破施工工藝進(jìn)行開口施工，巷道掘進(jìn)40 m后以6°俯角下山掘進(jìn)直至進(jìn)入山2#煤層頂?shù)装搴笤倮^續(xù)平行掘進(jìn)，當(dāng)2204巷掘進(jìn)30 m后將進(jìn)入盤區(qū)輔運(yùn)巷頂板上方，此時(shí)兩巷之間煤層預(yù)留厚度為4 m，屬近距離煤層過巷掘進(jìn)。根據(jù)塔山礦地測(cè)科提供地質(zhì)資料顯示，二盤區(qū)輔運(yùn)巷頂板主要以炭質(zhì)泥巖、砂巖等混合巖石層為主，穩(wěn)定性差，易垮落。當(dāng)施工巷道掘進(jìn)30 m后過巷期間受爆破震動(dòng)及集中應(yīng)力影響，盤區(qū)輔運(yùn)巷頂板支護(hù)失效嚴(yán)重，局部出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象，若不采取有效的技術(shù)措施，很容易發(fā)生重大煤礦安全事故。通過技術(shù)研究，分析了2204巷過巷期間存在的難題，并根據(jù)實(shí)際情況提出了對(duì)傳統(tǒng)施工工藝及支護(hù)工藝進(jìn)行改進(jìn)，以確保施工巷道安全順利過巷掘進(jìn)。

圖1 二盤區(qū)2204巷近距離煤層過巷掘進(jìn)平剖面

2 2204巷過巷掘進(jìn)施工存在的技術(shù)難題

1）由于2204巷開口施工時(shí)采用全斷面爆破施工工藝，當(dāng)施工巷道掘進(jìn)至盤區(qū)輔運(yùn)巷上方時(shí)采用該掘進(jìn)施工工藝時(shí)巷道堆積的煤矸石多重量大，且全斷面一次性爆破裝藥量大，受爆破震動(dòng)、煤矸石承重以及圍巖應(yīng)力的影響很容易發(fā)生輔運(yùn)巷頂板垮落事故。

2）盤區(qū)輔運(yùn)巷原支護(hù)設(shè)計(jì)中頂板采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)，錨桿長(zhǎng)度為2.5 m，錨索長(zhǎng)度為5.3 m，當(dāng)2204巷過巷掘進(jìn)時(shí)將揭露輔運(yùn)巷頂板部分錨索，錨索失效現(xiàn)象嚴(yán)重，同時(shí)在過巷時(shí)輔運(yùn)巷頂板錨桿錨固端與2204巷之間層間距為1.5 m，錨固質(zhì)量及支護(hù)效果大大降低。

3 施工方法

2204巷過巷掘進(jìn)期間為避免因大斷面爆破施工造成盤區(qū)輔運(yùn)巷頂板垮落，通過技術(shù)研究決定采用分層預(yù)留底松動(dòng)爆破施工工藝，具體施工方法如下：

1）當(dāng)2204巷掘進(jìn)至25 m時(shí)停止全斷面一次性爆破，采用上分層預(yù)留底松動(dòng)爆破施工工藝，上分層厚度為3.5 m，預(yù)留底煤層厚度為1.0 m。

2）上分層掘進(jìn)時(shí)采用松動(dòng)爆破施工工藝，爆破期間炮眼深度為1.0 m，每個(gè)炮孔填裝長(zhǎng)度為300 mm，裝藥量為300 g乳化炸藥，孔口采用炮泥及水袋進(jìn)行封堵。

3）過巷掘進(jìn)期間上分層松動(dòng)爆破每茬進(jìn)度控制在0.8 m，爆破施工后及時(shí)對(duì)2204巷頂板施工永久支護(hù)，當(dāng)2204巷過盤區(qū)輔運(yùn)巷5 m后停止分層掘進(jìn)。

4）2204巷過巷掘進(jìn)期間上分層掘進(jìn)到位后及時(shí)對(duì)下分層進(jìn)行起底，采用風(fēng)鎬及洋鎬進(jìn)行人工起底，起底厚度為1.0 m，起底后及時(shí)將煤矸石清理干凈。

5）當(dāng)巷道起底到位后在盤區(qū)輔運(yùn)巷正上方前后3 m范圍繼續(xù)起底，起底深度為0.5 m，起底后對(duì)其進(jìn)行預(yù)埋11#工字鋼梁并澆筑，11#工字鋼梁長(zhǎng)度為6 m，鋼梁平行于施工巷道布置，鋼梁間距為0.3 m，共計(jì)鋪設(shè)15根，見圖2。

6）鋼梁鋪設(shè)后對(duì)其進(jìn)行混凝土澆筑，建筑厚度為0.5 m，澆筑后必須與2204巷設(shè)計(jì)底板處于同一水平面。

4 支護(hù)工藝

圖2 二盤區(qū)2204巷近距離煤層過巷施工工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)剖面

為保證2204巷過巷掘進(jìn)期間盤區(qū)輔運(yùn)巷頂板安全穩(wěn)定，通過研究決定對(duì)盤區(qū)輔運(yùn)巷架設(shè)特制U29型工字鋼棚，具體施工方法如下：

1）特制U29型鋼棚主要由五部分組成，兩節(jié)棚腿、三節(jié)頂梁組成，頂梁與頂梁之間以及頂梁與棚腿之間采用卡纜進(jìn)行預(yù)緊固定，鋼棚間距為1.0 m，共計(jì)架設(shè)10架U29型鋼棚。

2）為確保U29型鋼棚架設(shè)穩(wěn)定，在鋼棚架設(shè)前在架設(shè)棚腿位置處進(jìn)行起底，起底規(guī)格為長(zhǎng)×寬×深=0.3 m×0.3 m×0.2 m，起底后將棚腿底座放入并進(jìn)行澆筑，澆筑厚度為0.2 m，澆筑后確保澆筑面與輔運(yùn)巷底板平整。

3）棚腿底座固定后采用連接螺母將棚腿與其固定，棚腿與底座固定后在棚腿中部位置施工各施工兩根固定錨桿，并采用卡纜將棚腿與巷幫進(jìn)行固定。

4）兩節(jié)棚腿架設(shè)完后開始架設(shè)鋼棚頂梁，架設(shè)頂梁時(shí)現(xiàn)架設(shè)兩側(cè)梁后架設(shè)中間梁，梁與梁之間采用卡纜連接且預(yù)緊力不得低于200 N·m。為確保鋼棚頂梁安全穩(wěn)定，采用長(zhǎng)度為2.0 m錨索將頂梁與頂板進(jìn)行固定。

5）為確保相鄰兩架U29型鋼棚之間存在聯(lián)鎖固定作用，相鄰兩架鋼棚之間采用兩組連接桿進(jìn)行連接，所有U29型鋼棚架設(shè)完后在鋼棚與頂板、巷幫間隙處填塞水泥背板，水泥背板規(guī)格為長(zhǎng)×寬=1.2 m×0.3 m。

6）2204巷的過巷掘進(jìn)期間每班必須安排專人對(duì)輔運(yùn)巷架設(shè)的U29型鋼棚進(jìn)行檢查，檢查內(nèi)容主要包括卡纜預(yù)緊力、鋼棚變形情況等，一旦發(fā)現(xiàn)安全隱患必須及時(shí)處理。

5 結(jié)語

通過技術(shù)分析研究塔山礦2204巷過盤區(qū)輔運(yùn)巷掘進(jìn)期間存在的技術(shù)難題，并對(duì)傳統(tǒng)施工工藝及支護(hù)工藝進(jìn)行改進(jìn)。實(shí)踐證明采用分層預(yù)留底松動(dòng)爆破施工工藝有效解決了因全斷面一次性爆破時(shí)工作面煤矸量大、爆破震動(dòng)力度強(qiáng)從而造成頂板垮落的難題，同時(shí)在盤區(qū)輔運(yùn)巷架設(shè)U29型鋼棚對(duì)其頂板進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，保證了過巷掘進(jìn)期間頂板穩(wěn)定性，保障了2204巷過巷期間掘進(jìn)施工安全。實(shí)現(xiàn)了近距離煤層安全快速過巷掘進(jìn)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益及安全效益。

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