極近距離煤層切巷擴幫安裝同步技術(shù)研究

王志剛，荀建梁，許建平，原明帥，劉文峰，宋曉潮

(山西汾河焦煤股份有限公司 三交河煤礦，山西 洪洞 041600)

根據(jù)目前某礦井2-2煤層已正?；夭?個工作面的現(xiàn)場施工經(jīng)驗，切巷層間距在2.5 m以上，均可采用全斷面(5.8 m×2.8 m)一次成巷進行施工，但受地質(zhì)構(gòu)造影響，由于2-1煤層開采對底板的破壞，造成層間巖層破碎，巖層完整性遭到破壞，切巷層間距在2.5 m以下時，錨桿錨固力已不能完全保證，錨桿支護作用難以發(fā)揮，同時該巖層也難以作為承載層用于支撐上覆采空區(qū)。切巷巷寬為5.8 m，采用一梁兩柱支護跨度較大，難以阻止上覆巖層的運動，掘進和安裝時均容易出現(xiàn)頂板明顯下沉現(xiàn)象。

故礦井在層間距2.5 m以下時，切巷采用小斷面(4 m×2.8 m)進行施工，但面臨大斷面刷擴施工工藝、頂板支護和工作面安裝問題。本文針對某礦井2-2-6030巷層間距變薄段(層間距1.3～2.4 m)大斷面擴刷施工展開技術(shù)研究，解決了2-2煤層采空區(qū)下大斷面擴刷期間存在的問題，有效提高了礦井優(yōu)質(zhì)資源回收率。

1 2-2-6030巷基本情況

1.1 工作面巷道布置情況

2-2-6030工作面采用同向內(nèi)錯法，布置在2-1-305、2-1-307工作面采空區(qū)下方，兩個2-1煤層回采工作面已回采7～9年，采空區(qū)巖層運動已穩(wěn)定。2-2-6030巷設計長度238 m，掘?qū)?.8 m，掘高2.8 m，其中大斷面(5.8 m×2.8 m)施工67 m，小斷面(4 m×2.8 m)施工171 m，小斷面巷道與2-1煤層層間距為1.3～2.4 m.2-2-6030巷平面布置圖見圖1.

1.2 工作面頂?shù)装鍘r性

2-2-6030工作面煤層平均厚度1.7 m，傾角2°～3°，煤層結(jié)構(gòu)：0.9(0.2)0.6 m，直接頂以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主， 2-2煤距2-1煤0.8～3.8 m，兩層煤間為泥巖和砂質(zhì)泥巖，2-1煤厚度為2 m，較為穩(wěn)定，其上為厚度6 m左右的泥巖和中砂巖，再往上為厚度較大的K8砂巖。

1.3 頂板層間距情況

2-2-6030巷開口處，煤層結(jié)構(gòu)為2-2煤層0.85(0.3)0.8 m，底板為砂質(zhì)泥巖，頂板為2.5 m砂質(zhì)泥巖，再上為采空區(qū)。

2-2-6030巷停掘處，煤層結(jié)構(gòu)為2-2煤層0.8(0.2)0.7 m，底板為砂質(zhì)泥巖，頂板為3.1 m砂質(zhì)泥巖，再上為采空區(qū)。

其中：層間距1.3～2 m的范圍為84 m；層間距2～2.5 m的范圍為74 m；層間距2.5～3.1 m的范圍為67 m；實體煤柱范圍為13 m.2-2-6030巷層間距變化曲線圖見圖2.

圖1 2-2-6030巷平面布置圖

圖2 2-2-6030巷層間距變化曲線圖

1.4 切巷支護方式

1) 小斷面支護形式。

a) 層間距1.0～1.6 m.

頂板采用錨網(wǎng)、鋼帶、單體柱、工字鋼聯(lián)合支護，錨桿選用d18 mm×1 000 mm的高強錨桿，“五·五”布置，間排距為900 mm×800 mm；工字鋼垂直巷道布置于兩排錨桿中間，排距為800 mm；單體支柱“二·二”布置，距幫100 mm，排距為800 mm. 幫部采用錨網(wǎng)梁進行支護，老山側(cè)選用d18 mm×2 000 mm的高強錨桿，“二·二”布置，間排距為1 200 mm×800 mm，煤壁側(cè)選用d18 mm×1 600 mm的玻璃鋼錨桿，“三·三”布置，間排距為d900 mm×800 mm.

b) 層間距1.6～1.8 m.

在層間距1.0～1.6 m巷道支護基礎上，頂錨桿更換為d18 mm×1 600 mm的高強錨桿，頂幫錨桿、工字鋼棚排距由800 mm變更為1 000 mm.

c) 層間距1.8～2.5 m.

在層間距1.6～1.8 m巷道支護基礎上，頂錨桿更換為d18 mm×2 000 mm的高強錨桿。2-2-6030巷小斷面支護圖見圖3.

2) 全斷面支護形式。

頂板采用錨網(wǎng)、鋼帶、單體柱π梁聯(lián)合支護，錨桿選用d18 mm×2 000 mm的高強錨桿，“七·七”布置，間排距為900 mm×1 000 mm；π梁垂直巷道布置于兩排錨桿中間，排距為1 000 mm；單體支柱“三·三”布置，老山側(cè)單體柱與中間單體柱間距為3 500 mm,中間單體柱與煤壁側(cè)單體柱間距為1 900 mm，排距為1 000 mm. 幫部采用錨網(wǎng)梁進行支護，老山側(cè)選用d18 mm×2 000 mm的高強錨桿，“二·二”布置，間排距為1 200 mm×1 000 mm，煤壁側(cè)選用d18 mm×1 600 mm的玻璃鋼錨桿，“三·三”布置，間排距為900 mm×1 000 mm.2-2-6030巷大斷面支護圖見圖4.

圖3 2-2-6030巷小斷面支護圖

圖4 2-2-6030巷大斷面支護圖

2 施工方案分析

2.1 小循環(huán)擴刷

巷道正常擴刷時，采用小循環(huán)作業(yè)，每擴刷1 m，直接使用錨桿、鋼帶進行支護，然后安裝刮板輸送機及采煤機進行普采擴刷施工，最后完成工作面液壓支架的安裝。該方案支護材料成本較低，但在層間距為2.5 m時，由于2-1煤層開采對底板的破壞，2.5 m巖層已較為破碎，錨桿錨固力已不能完全保證，采用錨桿鋼帶較難將巖層組合在一起共同承載，錨桿鋼帶的支護作用較為有限，安全系數(shù)較低，不能有效保證巷道頂板穩(wěn)定。

2.2 注漿加固

采空區(qū)下大斷面巷道擴刷通常采用注漿加固、掘進、安裝原則進行擴刷。選用水泥-水玻璃漿注漿首先進行加固，填充較大孔隙，增強圍巖的強度和完整性，后輔以化學注漿，進一步充填微小裂隙，提高圍巖的黏聚力，保證圍巖的完整性。刷擴后補打錨索加固，增加頂板整體強度和承載能力，然后安裝刮板輸送機及采煤機進行普采擴刷施工，最后完成工作面液壓支架的安裝。

根據(jù)2-2-6030工作面條件，現(xiàn)有171 m未刷擴段，除去13 m巷段位于煤柱下不需注漿，總體注漿巷段長158 m. 注漿深度初步考慮為進入采空區(qū)3 m，寬度為全切巷范圍，取6 m寬，注漿完成后施工錨索加固頂板，提高其整體承載力。

雖然注漿加固技術(shù)能夠有效提高頂板整體強度和承載能力，便于錨網(wǎng)梁、錨索整體施工及發(fā)揮主動支護效果，但在注漿費用上需消耗600萬元，加上支護費用、安裝費用，采用該技術(shù)費用消耗較大，且整個工程施工工期需3個月，不適用推廣應用。2-2-6030巷注漿剖面示意圖見圖5.

圖5 2-2-6030巷注漿剖面示意圖

2.3 擴幫安裝同步

擴幫安裝同步技術(shù)以機械化搬家倒面為理念，主要用于各種類型綜采工作面切巷擴刷、安裝、末采、回撤，尤其是頂板破碎及極近距離煤層開采不能大斷面一次擴刷的搬家倒面工程。擴幫安裝同步技術(shù)主要采用液壓起重器安裝工作面的皮帶自移機尾、轉(zhuǎn)載機、刮板輸送機，通過液壓挖掘機對切巷煤幫進行擴刷、出渣，使用正副巷絞車對拉液壓叉車完成液壓支架調(diào)向、運輸、安裝，實現(xiàn)工作面的邊擴刷邊安裝施工。

采用擴幫安裝同步技術(shù)，液壓支架在副巷口進行調(diào)向、運輸，到達安裝位置，支架前梁可伸入已安裝支架前梁下進行調(diào)向，減小在空頂區(qū)下調(diào)向旋轉(zhuǎn)半徑及擴刷段的空頂面積；同時采用液壓叉車完成支架的裝卸、運輸、調(diào)向、安裝工序，替代人工單體支柱調(diào)向，可提高人員工作效率，提高安全系數(shù)。

通過對這3種方案進行對比分析，礦井采用擴幫安裝同步技術(shù)對2-2-6030巷進行擴刷施工。

3 現(xiàn)場應用及其效果

3.1 施工工藝

1) 整體施工順序。

對副巷及切巷進行硬化→正巷超前40 m及切巷鋪設道軌→在正巷超前50 m處安裝一部25 kW絞車，在正巷與切巷交叉口安裝一部35 kW回柱絞車和液壓叉車，副巷與切巷交叉口分別安裝一部35 kW回柱絞車→副巷安裝臨時泵站，切巷安裝乳化液管→正巷運輸液壓起重機安裝皮帶自移機尾、轉(zhuǎn)載機和刮板輸送機機頭→切巷安裝液壓挖掘機和一部40 T刮板輸送機開始擴刷→邊擴刷邊安裝液壓支架→使用起重機安裝刮板輸送機→安裝采煤機→安裝刮板輸送機機尾→完善泵站→完成安裝

2) 擴刷工藝。

a) 擴刷方式。

煤層硬度f<2時，采用MWD5.1/0.13 L煤礦用液壓挖掘機進行擴刷；煤層硬度f>2時，配合人工風鎬進行擴刷。

b) 擴刷斷面規(guī)格。

擴刷高度2.2 m，寬度1.6 m，擴刷斷面積3.52 m2.

c) 擴刷段支護形式。

切巷擴刷期間臨時支護采用單體柱配合5.4 mπ梁進行支護，局部不接頂處，使用板梁構(gòu)頂，永久支護采用液壓支架進行支護。

d) 具體施工工藝。

層間距1.3～1.5 m. 采用液壓挖掘機對煤壁進行由上往下擴刷，高度0.6 m，寬度1.6 m，深度1.5 m，且底板與頂板形成斜面→擴刷深度達0.5 m、1 m、1.5 m時，人工將原小斷面巷道3.8 m工字鋼梁替換為5.4 mπ梁，采用“一梁兩柱”懸臂梁的方式對擴刷段頂板進行臨時支護→擴刷完成后安裝液壓支架→液壓挖掘機擴刷煤壁下部至2.2 m高→進行下一循環(huán)擴刷。

層間距1.5～2.5 m. 采用液壓挖掘機對煤壁進行由下往上擴刷，高度2.2 m，寬度1.6 m，深度1.5 m→擴刷深度每達到1 m時，人工將原小斷面巷道3.8 m工字鋼梁替換為5.4 mπ梁，采用“一梁兩柱”懸臂梁的方式對擴刷段頂板進行臨時支護→擴刷完成后安裝液壓支架→進行下一循環(huán)。

3) 支架安裝調(diào)向工藝。

a) 支架安裝調(diào)向方式。

通過正副巷兩部37 kW回柱絞車對拉液壓叉車進行支架運輸，采用液壓叉車兩側(cè)伸展油缸對支架調(diào)向。

b) 具體施工工藝。

無軌膠輪車將支架從地面運至副巷并放置在液壓叉車前→液壓叉車利用油缸將支架拉到液壓叉車上并把液壓叉車上的防倒缸與支架連接鎖緊(注：液壓支架頂梁朝正巷)→利用絞車對拉將液壓支架運至距安裝地點1 m處，并對液壓叉車進行閉鎖→接液管將支架升至高度2 m，回撤安裝支架范圍內(nèi)π梁下中間單體柱→利用液壓叉車千斤油缸向右側(cè)旋轉(zhuǎn)9.1°，保證被安裝支架前梁在臨近安裝到位的支架前梁下→利用絞車將液壓支架前移2.25 m至安裝地點→回撤安裝地點的單體柱及π梁→利用液壓叉車油缸將支架推移至安裝地點并調(diào)向→升起液壓支架并接頂嚴實→解除液壓叉車閉鎖→對拉液壓叉車至裝車地點→下一循環(huán)。

3.2 應用效果

1) 在擴幫安裝過程中，頂板未出現(xiàn)破碎、漏冒，幫部未出現(xiàn)片幫等現(xiàn)象，說明巷道圍巖穩(wěn)定，圍巖支護及時、可靠有效。

2) 經(jīng)濟社會效益。

擴幫安裝同步技術(shù)：a) 實現(xiàn)了邊刷擴邊安裝施工工藝，液壓支架能夠及時對擴刷段頂板進行支護，減少對擴刷段頂幫的錨網(wǎng)梁支護，節(jié)省支護成本。b) 解決工作面擴刷與安裝工序之間的矛盾，同時減小切巷的設計寬度0.2 m，有效提高生產(chǎn)效率。c) 工作面全部采用機械化安裝，減少人工起吊、人工調(diào)架工藝，降低了工人勞動強度。d) 從工作面擴幫安裝開始至結(jié)束，共施工1.5個月，提高了工作效率，降低了生產(chǎn)成本。e) 本次使用擴幫安裝同步技術(shù)，工作面增加層間距2.5 m以下儲量3萬t，按照原煤500元/t計算，增加經(jīng)濟效益1 500萬元。

4 結(jié) 論

本文以2-2-6030工作面大斷面擴刷為研究背景，提出采用擴幫安裝同步技術(shù)，通過現(xiàn)場施工及后期觀測，得到以下結(jié)論：

1) 通過對2-2-6030巷地質(zhì)條件分析，結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)條件，提出正常擴刷、注漿加固、擴幫安裝同步3種方案。

2) 從技術(shù)、效益等方面對3個方案進行分析，確定使用擴幫安裝同步技術(shù)對2-2-6030巷進行施工。該方案在保證安全生產(chǎn)的條件下，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

3) 進行現(xiàn)場工業(yè)性試驗，現(xiàn)場應用表明圍巖穩(wěn)定，支護有效可靠。采用擴幫安裝技術(shù)增加經(jīng)濟效益1 500萬元。同時為礦井2-2煤層層間距1～2.5 m的極近距離煤層的切巷擴刷、安裝及采空區(qū)下末采、回撤提供了技術(shù)支持，可增加2#煤優(yōu)質(zhì)資源儲量50萬t.