近距離煤層大斷面切眼一次成巷及支護(hù)技術(shù)

李朝勝

(山西古縣西山圪堆煤業(yè),山西 臨汾 042404)

山西古縣西山圪堆煤業(yè)在近距離煤層大斷面切眼巷道施工中,對(duì)一次成巷施工技術(shù)進(jìn)行了一次大膽嘗試并取得了成功,巷道掘進(jìn)順利完成,巷道支護(hù)安全可靠。

1 工程概況

山西古縣西山圪堆煤業(yè)3#煤層平均厚度為1.75 m，2#煤與3#煤的層間距在2.37 m～4.20 m之間，平均厚度8.09 m，屬近距離開采煤層。11301工作面位于該礦3#煤層的一采區(qū)，切眼設(shè)計(jì)長(zhǎng)度150 m，斷面為毛寬6.0 m、毛高2.4 m的矩形斷面。切眼處3#煤頂板到2#煤底板的厚度在5.8 m～6.5 m之間；偽頂缺失；直接頂為泥巖，不平整，易破碎，厚度在2.3 m～3.1 m之間；直接頂上部是一層0.2 m～-0.5 m厚的-2#煤；-2#煤上部是一層0.3 m～0.6 m厚的白沙巖；白沙巖上部是2#煤的底板，巖性為泥巖，厚度在2.1 m～3.0 m之間；2#煤平均厚度1.2 m，已被小煤窯采用房柱式采煤方法全部采空。

2 掘進(jìn)方法

切眼掘進(jìn)采用EBZ132半煤巖掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)。先前計(jì)劃是采用二次成巷技術(shù)，即先掘進(jìn)毛寬4 000 mm、毛高2 400 mm的矩形巷道，然后再在回采幫刷擴(kuò)2 000 mm，兩次施工將切眼掘挖成毛寬6 000 mm、毛高2 400 mm的矩形斷面。在實(shí)際的施工中嘗試采用一次成巷技術(shù)，即將6 000 mm×2 400 mm的切眼毛斷面一次性掘挖成型。EBZ132掘進(jìn)機(jī)定位掘進(jìn)最大寬度為4 800 mm，因此在斷面掘挖過程中需要反復(fù)移動(dòng)、調(diào)整掘進(jìn)機(jī)位置，才能將6 000 mm寬的斷面掘挖成型。

3 支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 開口支護(hù)設(shè)計(jì)

采用1對(duì)長(zhǎng)8 m的11#礦用工字鋼當(dāng)做抬棚梁。在切眼開口處按1 500 mm的間距共打5根起吊錨索,再用焊有防側(cè)滑板的錨索托盤將2根工字鋼梁一并鎖吊起來,其后再在對(duì)梁的兩端頭各加支1根直徑不小于200 mm的圓木支柱,形成1對(duì)由錨索懸吊和圓木支撐合力支護(hù)的開口抬棚梁,將開口處原巷道中的鋼棚梁一并抬住,去掉原鋼棚梁下的支腿,即可進(jìn)行開口作業(yè)。

3.2 切眼支護(hù)設(shè)計(jì)

切眼毛斷面設(shè)計(jì)為上寬6 000 mm、下寬6 200 mm、高2 400 mm的梯形斷面。巷道支護(hù)設(shè)計(jì)為“錨桿+錨索+金屬棱形網(wǎng)+工字鋼棚+圓木點(diǎn)柱”的聯(lián)合支護(hù)方式。頂錨桿為Φ20 mm、長(zhǎng)2 000 mm的螺紋鋼錨桿，配1根K2360、1根Z2360樹脂藥卷進(jìn)行錨固，托盤為110 mm×110 mm×10 mm的方形蝶托盤，錨固力設(shè)計(jì)為105 kN，預(yù)緊扭矩不小于150 N·m，錨桿間距900 mm、排距1 000 mm，成矩形布置。頂錨索為Φ17.8 mm、長(zhǎng)5 200 mm的鋼絞索，配1根K2360、2根Z2360樹脂藥卷進(jìn)行錨固，托盤為250 mm×250 mm×18 mm的鋼板托盤，錨固力設(shè)計(jì)為180 kN，預(yù)緊應(yīng)力不小于30 MPa，錨索間距1 800 mm、排距2 000 mm，成矩形布置。金屬棱形網(wǎng)由10#鐵絲編織而成，規(guī)格為1 200 mm×6 000 mm，橫向鋪網(wǎng)，搭接200 mm，用雙股細(xì)鐵絲綁扎聯(lián)接，綁點(diǎn)兩排，間距150 mm、排距200 mm，“三花型”布置。鋼棚為11#工字鋼加工而成，梁長(zhǎng)5 600 mm、下寬6 200 mm、凈高2 300 mm，梯形架設(shè)，棚距1 000 mm，架在兩排錨桿的中間位置，用背板“盤幫勾頂”，幫三頂七。圓木點(diǎn)柱直徑不小于200 mm，支設(shè)在鋼棚梁下面，每梁兩柱，間距3 000 mm，滯后掘進(jìn)機(jī)15 m支設(shè)。

3.3 臨時(shí)支護(hù)設(shè)計(jì)

采用“卡環(huán)+π型梁+木板梁”的前探臨時(shí)支護(hù)。π型梁長(zhǎng)4 500 mm，共3根，每根梁采用3個(gè)卡環(huán)吊掛，卡環(huán)固定在架設(shè)好的鋼棚梁上，梁間距1 500 mm，均勻布置。木板梁3根，長(zhǎng)3 000 mm，與鋼棚梁平行鋪設(shè)在π型梁上，3根木板梁交錯(cuò)平行布置。

4 掘進(jìn)工藝與進(jìn)度

設(shè)計(jì)掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)度1.0 m,最大控頂距1.2 m,最小控頂距0.2 m。掘進(jìn)工藝流程為:掘進(jìn)→敲幫問頂→聯(lián)網(wǎng)→移前探梁→臨時(shí)支護(hù)→打錨桿(錨索)→架工字鋼棚→盤幫勾頂→滯后掘進(jìn)機(jī)支點(diǎn)柱。

切眼全斷面一次成巷技術(shù),開口前10 m和設(shè)備安裝用時(shí)3 d;切眼正常掘進(jìn)長(zhǎng)度為140 m,掘進(jìn)班可完成2個(gè)掘進(jìn)循環(huán),檢修班可完成1個(gè)掘進(jìn)循環(huán),每天可以完成5 m進(jìn)度,用時(shí)28 d;完成整個(gè)切眼施工共用時(shí)31 d。切眼二次成巷技術(shù),巷道掘進(jìn)時(shí),開口前10 m和設(shè)備安裝需用時(shí)3 d;掘進(jìn)班可完成3個(gè)掘進(jìn)循環(huán),檢修班可完成2個(gè)掘進(jìn)循環(huán),每天可以完成8 m進(jìn)度,完成巷道掘進(jìn)需用時(shí)17.5 d;撤設(shè)備、退掘進(jìn)機(jī)、前10 m擴(kuò)幫、重安裝設(shè)備需用時(shí)3 d;巷道擴(kuò)幫,掘進(jìn)班可擴(kuò)4 m,檢修班擴(kuò)2 m,每天可擴(kuò)10 m,完成140 m擴(kuò)幫需用時(shí)14 d;二次成巷技術(shù)完成整個(gè)切眼施工共需用時(shí)37.5 d。切眼全斷面一次成巷技術(shù)比二次成巷技術(shù)要少用時(shí)6.5 d。

5 巷道支護(hù)成本比較

切眼全斷面一次成巷技術(shù)與二次成巷技術(shù)在成巷后其支護(hù)形式是一模一樣的,也就是說最后階段,兩種技術(shù)方法支護(hù)成本是一樣的。但二次成巷技術(shù)中,第一次巷道掘進(jìn)時(shí)需要每米套架工字鋼棚進(jìn)行支護(hù),擴(kuò)幫時(shí)又要把套架的鋼棚逐架替換出來,盡管替換出來的鋼棚大部分還可以重復(fù)使用,但前期投資要大得多;逐架撤替鋼棚及擴(kuò)幫時(shí),會(huì)對(duì)已支護(hù)好的頂板產(chǎn)生擾動(dòng),擴(kuò)幫時(shí)需要對(duì)原巷道進(jìn)行超前加強(qiáng)支護(hù),這部分人力成本和前期投入也是相當(dāng)大的。由此可見,切眼全斷面一次成巷技術(shù)在巷道支護(hù)成本上要比二次成巷技術(shù)少得多。

6 大斷面切眼一次成巷支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)

1)近距離煤層中切眼全斷面一次成巷在頂板支護(hù)上最關(guān)鍵的一步就是要及時(shí)進(jìn)行主動(dòng)支護(hù)。及時(shí)打注錨桿、錨索,利用錨桿、錨索的預(yù)緊力對(duì)頂部巖層進(jìn)行強(qiáng)有力的擠壓加固,將頂部巖層組合成一個(gè)整體梁,努力增強(qiáng)頂部巖層自身的抗壓和抗變形能力,防止巖層碎裂、漏空,是頂板支護(hù)中最關(guān)鍵的一環(huán)。掘進(jìn)工藝上,一定要嚴(yán)格遵守“一掘一錨一支”的原則;循環(huán)進(jìn)度要嚴(yán)格控制在1 m的范圍內(nèi),堅(jiān)決杜絕超循環(huán)作業(yè)行為;錨桿、錨索要打注1根,安裝1根,堅(jiān)固1根;頂板不好的情況下,還應(yīng)將一個(gè)循環(huán)分成兩半作業(yè),先割一半的巷道,打好錨桿(錨索)后,再割另一半的巷道。

2)近距離煤層大斷面切眼巷道中控制頂板第二個(gè)關(guān)鍵是：控制頂板的下沉量。泥巖性質(zhì)的頂板可彎曲性較強(qiáng)，在壓力的作用，頂板出現(xiàn)下沉是第一個(gè)表現(xiàn)，在大跨度的切眼巷道中表現(xiàn)更為明顯。在觀測(cè)巷道頂板下沉過程中發(fā)現(xiàn)：頂板下沉量在300 mm以內(nèi)時(shí)，頂部巖層不會(huì)出現(xiàn)斷裂，巖層的整體性仍保持得比較好；當(dāng)頂板下沉量在300 mm～500 mm之間時(shí)，直接頂巖層會(huì)出現(xiàn)碎裂、漏矸等現(xiàn)象；當(dāng)頂板下沉量超過500 mm時(shí)，頂部巖層會(huì)出現(xiàn)明顯的斷裂聲音，如果達(dá)到這種程度，說明巷道發(fā)生大面積冒頂?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)就非常高了，應(yīng)立即撤出人員，采取更加有力的支護(hù)措施進(jìn)行處理，在實(shí)際施工中絕不能讓頂板下沉發(fā)展到這一步，否則支護(hù)上是極度困難的?？刂祈敯逑鲁亮浚瑧?yīng)在頂板還沒有出現(xiàn)下沉現(xiàn)象時(shí)就要提前做工作，如果頂板已經(jīng)出現(xiàn)下沉現(xiàn)象了，就要立即采取加強(qiáng)支護(hù)措施，努力將下沉量控制在200 mm以內(nèi)。

3)近距離煤層中采用全錨方式支護(hù)頂板的可靠性不高,在大斷面的切眼巷道內(nèi)及時(shí)進(jìn)行套棚支護(hù)也是十分必要的。盡管5 m多長(zhǎng)的11#工字鋼梁的支護(hù)強(qiáng)度有限,但它能補(bǔ)強(qiáng)全錨支護(hù)的可靠性,并能及時(shí)顯現(xiàn)頂板的壓力變化,掩護(hù)和預(yù)警作用極好。如果頂板出現(xiàn)較大壓力,套架的鋼棚還是進(jìn)行二次支護(hù)的主要依托點(diǎn)。

4)在對(duì)近距離煤層巷道的礦壓觀測(cè)中發(fā)現(xiàn):巷道剛挖掘成巷時(shí)壓力并不明顯,當(dāng)巷道掘進(jìn)長(zhǎng)度超過20 m時(shí),后面的巷道會(huì)逐步出現(xiàn)來壓現(xiàn)象,滯后掘進(jìn)機(jī)支設(shè)的圓木點(diǎn)柱要及時(shí)支設(shè),不能等到有來壓現(xiàn)象后才支設(shè)。另外,巷道經(jīng)過上部煤層采空區(qū)地段的壓力相對(duì)較小,經(jīng)過上部煤層留設(shè)的煤柱地段壓力較大,這段巷道的支護(hù)需要提前加強(qiáng),一般是把套支單棚改為套支對(duì)棚,或者是縮小棚距。