大斷面切巷施工支護工藝研究與應(yīng)用研究

趙曉強

（西山煤電集團馬蘭礦，山西 古交 030205）

1 工程案例

西山煤電集團公司馬蘭礦位于山西省古交市西南15km，井田面積104.4km2，礦井設(shè)計生產(chǎn)能力4.0Mt/a。馬蘭礦井田共賦存 02#、03#、2#、3#、4#、6#等九層煤，煤層總厚度為13.34m，現(xiàn)主要開采煤層為02#、2#、8#煤層。井田地質(zhì)構(gòu)造相對簡單，采區(qū)內(nèi)無大的地質(zhì)構(gòu)造，多為小斷層。

28307工作面位于北三下組煤采區(qū)右翼，皮帶巷、軌道巷均開口于北三下組煤軌道下山，皮帶巷里程1130～1158m東南側(cè)實體最小間隔11m為28110采空區(qū)，軌道巷938～1130m西北側(cè)實體最小間隔40m為28106采空區(qū)。工作面上部間隔65～84m為22307采空區(qū)及實體煤柱，其他位置暫無工程。28307工作面回采煤層為石炭系太原組8號煤層，屬近水平穩(wěn)定可采厚煤層。煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層普氏硬度2.0～2.5。煤層頂板從下到上依次為：炭質(zhì)泥巖，平均厚度為1.5m；泥巖，平均厚度為3.5m；中粒砂巖，平均厚度為5.2m。

圖1 28307工作面切巷施工設(shè)計平面圖

28307工作面切巷設(shè)計長度為178m，巷道寬度為8.5m，巷道高度為3.5m，如圖1所示。傳統(tǒng)采用一次性成巷的方法施工中切巷，采用單一錨桿支護頂板。由于28307工作面切巷頂板存在偽頂，巷道在爆破施工過程中頂板極易破碎，出現(xiàn)局部冒頂現(xiàn)象，同時28307工作面上部為22307采空區(qū)，受壓力影響工作面切巷在施工過程中壓力較大，采用傳統(tǒng)的施工方法及支護工藝不利于巷道施工安全及頂板維護，對此馬蘭礦決定采用半巷掘進施工方法以及頂板采用“JW”鋼帶配合錨網(wǎng)索交錯式布置并架設(shè)密集支柱施工工藝。

2 施工方法

（1）首先在28307皮帶巷盡頭靠近采空區(qū)一側(cè)開口施工，由于28307切巷開口位置位于兩巷交叉地帶，防止因爆破震動造成三角地帶頂板垮落事故發(fā)生，切巷開口前5m范圍內(nèi)采用風(fēng)鎬人工掘進，嚴禁爆破施工。

（2）28307切巷掘進5m后采用全斷面光面爆破施工，施工斷面規(guī)格為寬×高=5.0×3.5m，為了便于巷道掘進后采空區(qū)一側(cè)煤壁維護，在爆破鉆眼施工時必須確保采空區(qū)一側(cè)幫鉆孔與工作面夾角不低于87°。

（3）當(dāng)28307切巷掘進至158m時進行探巷工作，每掘進一個循環(huán)探巷距離不得低于5.0m，且每班掘進進度不得超過2m，當(dāng)巷道掘進至172m時嚴禁采用爆破施工，應(yīng)人工采用風(fēng)鎬掘進，確保28307切巷與回風(fēng)巷安全順利貫通。

（4）當(dāng)28307切巷與回風(fēng)巷貫通后，從切巷頭部沿工作面走向方向開始擴幫，擴幫斷面規(guī)格為寬×高=3.5×3.5m，且一次性成巷，擴幫時采用松動爆破施工方法。

（5）為了便于組裝采煤機及刮板輸送機，28307切巷擴幫到位后在切巷尾部施工一個采煤機壁龕，采煤機壁龕斷面規(guī)格為：長×寬×高=25×1.5×3.5m。

（6）待28307切巷形成后，在切巷尾部施工一個調(diào)車硐室，調(diào)車硐室斷面規(guī)格為：寬×深×高=5×5×3.5m，在切巷頭部分別施工一個絞車硐室和端頭支架硐室，兩硐室斷面規(guī)格相同為：寬×深×高=5×3×3.5m，具體位置如圖1所示。

3 支護工藝

（1）為了確保初次半巷掘進開口施工安全，在28307切巷開口位置施工一根鎖口鋼梁，鋼梁長度為4.8m，每根鋼梁配合三根長度為5.3m預(yù)應(yīng)力鋼絞線，同時在切巷與28307皮帶巷交叉位置施工一組組合錨索，組合錨索由規(guī)格為長×寬=0.6×0.6m鋼托板以及5根長度為8.3m預(yù)應(yīng)力鋼絞線組成。

（2）28307半巷掘進時頂板采用錨桿、錨索、“JW”型鋼帶聯(lián)合支護，頂板采用6孔長度為4.8m“JW”型鋼帶，鋼帶間距為1.0m，垂直切巷布置，每根鋼帶配套6根長度為2.5m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每根錨桿垂直頂板布置，錨桿間距為0.9m，如圖2所示。

（3）在初次半巷掘進期間，切巷頂板每排布置兩根錨索，錨索長度為8.3m，錨索與頂板采用鋼托板及鎖具進行預(yù)緊，錨索間距為1.8m，第一根錨索施工在距采空區(qū)側(cè)煤壁1.15m處，每排錨索施工在相鄰兩根鋼帶中間，錨索排距為2.0m。

（4）二次擴幫時頂板同樣采用錨桿、錨索、“JW”型鋼帶聯(lián)合支護，頂板鋼帶長度為3.2m，每根鋼帶配套5根長度為2.5m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間距為0.8m，鋼帶排距為1.0m，該鋼帶與初次半巷掘進時頂板鋼帶成交錯式布置。

（5）二次擴幫時頂板每排施工一根錨索，錨索排距為2.0m，錨索施工在距采煤側(cè)煤壁1.75m處且位于相鄰兩根鋼帶中間，錨索長度為5.3m。

（6）為了避免半巷掘進斷面與擴幫斷面交界處頂板支護不到位出現(xiàn)冒頂事故，在分次掘進邊界位置施工一組組合錨索，組合錨索沿工作面傾向方向布置，組合錨索間距為3.0m，每組組合錨索由規(guī)格為寬×長=0.5×0.5m鋼托板及四根長度為8.3m錨索組成。如圖2所示。

圖2 28307工作面切巷施工支護斷面平面圖

（7）為了進一步加強28307工作面切巷頂板穩(wěn)定性，待切巷頂板永久支護全部施工完后，在巷道內(nèi)支設(shè)三排單體支柱，第一排單體支柱支設(shè)在距采空區(qū)一側(cè)煤壁2.0m處，單體柱間距為2.0m，第二排單體支柱支設(shè)在距采煤一側(cè)煤壁1.5m處，支柱間距為2.0m，第三排支柱支設(shè)在采煤機壁龕處且緊貼煤壁，支柱間距為1.5m，所有支柱沿工作面傾向布置，支柱與頂板采用木楔接觸嚴實，必須保證支柱支撐力符合設(shè)計要求。

（8）為防止煤壁炸幫影響工作面準備工作，在采空區(qū)一側(cè)及采煤一側(cè)煤壁分別施工三排護幫，護板間排距為1.0m，護幫錨桿采用長度為2.0m玻璃鋼錨桿。

4 結(jié)語

由于回采工作面切巷斷面較大，采用傳統(tǒng)一次性成巷時，巷道頂板暴露面積較大且支護不及時，對于軟巖煤層頂板很容易發(fā)生重大頂板垮落事故。馬蘭礦在施工28307工作面切巷時采用半巷分次掘進施工工藝，對切巷頂板施工錨桿、錨索、“JW”型鋼帶以及組合錨索等永久支護，架設(shè)單體支柱作為臨時支護。與傳統(tǒng)的一次性成巷施工工藝相比，28307工作面切巷提前3d完成巷道掘進任務(wù)，加快巷道掘進速度，避免了頂板支護二次返工，提高了頂板支護效果，取得了顯著的經(jīng)濟效益和安全效益。