急傾斜堅(jiān)硬頂板工作面快速掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)

武瑞鑫

（山西焦煤集團(tuán)公司官地礦， 山西 太原 030022）

山西某煤礦12503急傾斜切眼掘進(jìn)采用光面爆破二次成巷的施工方式，先導(dǎo)硐后擴(kuò)刷。切眼導(dǎo)硐沿煤層頂板掘進(jìn)，擴(kuò)刷采用錨網(wǎng)索支護(hù)后，切眼中部打一排帶帽支柱進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。一方面采用光面爆破可以盡量減少對圍巖的破壞，另一方面上下巷都釆用膠帶運(yùn)輸，可以利用搪瓷溜槽搭接膠帶實(shí)現(xiàn)煤矸的運(yùn)輸，且巷道傾角大，爆破后煤矸可自溜至下巷膠帶，減少工人勞動強(qiáng)度[1]。

1 12503南切眼施工技術(shù)難題及解決方案

12503南切眼實(shí)測傾角平均45°，局部傾角53°，長238 m，巷道設(shè)計(jì)凈寬8 m。一方面，頂板為灰?guī)r，巷道施工、運(yùn)料及人員上下非常困難，特別是由于切眼傾角大，爆破后煤矸自然滑落，無穩(wěn)定工作平臺、巷道易飛矸傷人；另一方面，厚層破碎頂板維護(hù)難度大。針對這些問題，制定了一系列解決方案。

1）解決人員行走困難：采用人矸分離的方法施工。人行道側(cè)使用鐵梯子作為行人時的臺階，方案鐵梯子距離迎頭不超過15 m，15 m以上使用鋼絲繩編織的軟梯；每隔2 m施工一個木支柱，使用棕繩作為防護(hù)繩，人行道一側(cè)為鋼梯扶手，另一側(cè)為護(hù)繩。

2）解決掘進(jìn)迎頭施工困難：爆破作業(yè)時搭建工作平臺。使用2根圓木、圓環(huán)鏈及木板搭建工作平臺。首先，將鏈子一頭拴至迎頭頂板錨桿并加備帽，將圓木一頭固定在鏈子上，一頭埋入迎頭預(yù)先掏出的柱窩內(nèi)，保證圓木成水平狀態(tài)，然后將木板橫放在圓木上，并用鐵絲固定牢固。

3）防爆破后矸石大面積下滑措施：切后，在切眼下頭設(shè)置緩沖煤倉，防止爆破后的煤矸大面積滑下，淤積于膠帶機(jī)尾。利用圓木支柱、工字鋼搭設(shè)，確保牢固可靠；下口留長0.5 m、寬0.5 m的溜煤口，爆破前安設(shè)擋板，爆破后抽出放煤直接緩沖倉從切眼下頭距切眼開門3~5 m位置開始往切眼內(nèi)打設(shè)，采用膠帶機(jī)尾直接沿至切眼下頭，緩沖倉出矸口跟溜槽直接上膠帶的方式出矸。運(yùn)輸巷掘到位后，退綜掘機(jī)到切眼開門點(diǎn)往外，采用炮掘法開始切眼開門掘進(jìn)，掘進(jìn)煤矸采用綜掘機(jī)出矸上膠帶，開門掘進(jìn)15 m左右時，從切眼開門點(diǎn)往上3~5 m位置開始邊掘進(jìn)邊施工緩沖倉[2]。

4）防飛矸彈射損傷頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)措施：由于切眼傾角大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于煤矸自然安息角，在重力作用下，煤矸爆破，（人工出矸）后加速下滑，與阻擋物碰撞后彈射撞擊頂板，損傷頂板錨固支護(hù)結(jié)構(gòu)，使破碎頂板層理、節(jié)理結(jié)構(gòu)面進(jìn)一步發(fā)育，錨桿喪失錨固力，錨固結(jié)構(gòu)失效；為防止飛矸損傷頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)，擬采用頂板吊掛廢舊膠帶的方式柔性抗沖擊，吸收飛矸動能，阻止其彈射撞擊頂板損傷支護(hù)結(jié)構(gòu)。

5）頂板巖石的穩(wěn)定控制措施：在巷道跨度加大到8 m情況下，頂板的穩(wěn)定控制無疑是一個棘手的問題。針對此特殊頂板情況提出厚層不穩(wěn)定頂板巷道內(nèi)外承載結(jié)構(gòu)模型。另外，對松散破碎范圍大的煤體巷道使用錨桿錨索支護(hù)，通過錨桿支護(hù)作用對松散破碎區(qū)內(nèi)的圍巖進(jìn)行組合梁加固和錨索的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，將其鋪固到深部圍巖頂板，進(jìn)一步強(qiáng)化了內(nèi)承載結(jié)構(gòu)的承載能力。

2 急傾斜大斷面切眼支護(hù)參數(shù)確定

2.1 臨時支護(hù)

輕便玻璃鋼單體作為臨時支護(hù)：巷道臨時支護(hù)采用3顆輕便玻璃鋼單體做臨時支護(hù)，玻璃鋼單體重量在25 kg左右，采用防塵水注液，移動便捷，操作簡單，支撐壓力可靠。

2.2 頂板永久支護(hù)

2.2.1 施工導(dǎo)硐時永久支護(hù)

1）頂板采用錨帶網(wǎng)支護(hù)，錨桿間排距為1000mm×1000 mm，鋼帶使用規(guī)格為280 mm×5 mm的“W”鋼帶，網(wǎng)使用一層鋼筋網(wǎng)加一層雙向拉伸塑料網(wǎng)，錨桿為Φ22 mm×2500 mm等強(qiáng)螺紋鋼式樹脂錨桿，每根錨桿配3節(jié)MS22835樹脂藥卷，錨固長度不低于1050 mm。

2）頂板打錨索梁加強(qiáng)支護(hù)，沿導(dǎo)硐中心線兩側(cè)各1000 mm處，每隔3.0 m布置一架錨索梁，錨索梁為雙頁眼距為2.0 m的“W”鋼帶（280 mm×5 mm）疊加，錨索規(guī)格為Φ17.8 mm×6200 mm鳥巢式錨索，每根錨索配5節(jié)樹脂藥卷，錨固長度不低于1500mm，打設(shè)錨索時，錨索外露長為150~200 mm，錨索外加300 mm×300 mm×12 mm錨索托盤貼緊鋼帶支護(hù)，安裝完后進(jìn)行拉緊，緊固起錨具壓緊托盤。錨索設(shè)計(jì)錨固力不小于200 kN，錨索張拉預(yù)緊力控制在80~100 N，結(jié)索梁緊跟迎頭施工[3]。

3）老空側(cè)巷幫采用錨帶網(wǎng)支護(hù)，錨桿間排距為1000 m×1000 m，鋼帶使用 280 mm×3 mm 的“W”鋼帶搭接支護(hù)，網(wǎng)使用一層雙向可拉伸塑料網(wǎng)，錨桿為Φ22 m×2500 mm等強(qiáng)螺紋鋼脂錨桿，每根錨桿配2節(jié)MSZ2835樹脂藥卷，錨固長度不低于700 mm。

4）刷幫側(cè)巷幫采用錨桿配“W”托盤支護(hù)，錨桿間排距為1200 mm×1200 mm，錨桿采用Φ20 mm×1800 mm全螺紋玻璃鋼錨桿，每根錨桿配2節(jié)MS2835樹脂藥卷，錨固長度不低于700 m。

2.2.2 刷幫后永久支護(hù)

1）刷幫后，頂板采用5根Φ20 mm×2500 mm等強(qiáng)螺紋鋼式樹脂錨桿配“W”（280 mm×3 mm）鋼帶網(wǎng)支護(hù)頂板（與導(dǎo)硐頂板鋼帶搭接一個眼），間排距為1000 mm×1000 mm，頂板使用一層鋼筋網(wǎng)加一層雙向可拉伸塑料網(wǎng)支護(hù)。

2）頂板打錨索梁加強(qiáng)支護(hù)，切眼刷幫時沿刷幫斷面巷道中心線每隔3.0 m布置一架錨索梁，錨索梁為雙頁“W”鋼帶（280 mm×5 mm）疊加，錨索規(guī)格為Φ17.8 mm×6200 mm鳥巢式錨索，每根結(jié)索配5節(jié)樹脂藥卷，錨固長度不低于1500 mm。

3）切眼刷幫后，在巷道中心線位置沿巷道走向支設(shè)木點(diǎn)柱支護(hù)頂板，柱距1.2 m。

4）推采巷幫采用4根Φ20 mm×1800 mm的全螺紋玻璃鋼錨桿配300 mm×300 mm×40 mm木托盤加雙向可拉伸塑料網(wǎng)支護(hù)，錨桿間排距為1000 mm×1000 mm。當(dāng)巷道遇構(gòu)造、煤體破碎松軟或巷道有淋水時，及時縮小巷幫錨桿布置間距，提高巷幫支護(hù)強(qiáng)度。

2.3 支護(hù)效果分析

通過頂板離層儀觀測表明，圍巖深部位移受初掘和刷大的影響，刷大時導(dǎo)致深部位移明顯增大。由于錨網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性較好，加上中間支柱的支撐作用，雖然切眼跨度較大，但是應(yīng)用內(nèi)外承載結(jié)構(gòu)控制原理，采用“三高”支護(hù)技術(shù)后，巷道頂板無明顯離層，巷道圍巖得到有效控制。

3 施工工藝流程

1）炮掘工藝流程：交接班檢查、準(zhǔn)備→校對中線→灑水防塵→打眼裝藥爆破→灑施工工藝流程水防塵→爆破站崗→炮后撤崗→敲幫問頂→臨時支護(hù)→校對中線→永久支護(hù)→清理出煤→下一循環(huán)。

2）臨時支護(hù)工藝流程：安裝工作平臺→敲幫問頂清除傘檐→前移前探梁→固定防滑鏈→鋪設(shè)并連接鋼筋網(wǎng)、塑鋼網(wǎng)、“W”鋼帶。

3）永久支護(hù)工藝流程：打頂部錨桿→打幫部錨桿。

4）快速移動操作平臺：由于切眼傾角大，為確保安全和施工方便，需人工支設(shè)操作平臺隨著工作面不斷向前推進(jìn)，平臺也需不斷向前移動，平臺前移的效率，對掘進(jìn)速度有很大的影響，移動操作平臺的傳統(tǒng)方法是采用40 t鏈條、圓木、木板支設(shè)一個操作平臺，進(jìn)行臨時支護(hù)等操作，但是爆破后拆卸平臺時，人員無可靠的操作空間，向上拖圓木時人容易滑倒，施工十分不便。為此，采用支設(shè)兩個操作平臺進(jìn)行作業(yè)，隨著工作面的推進(jìn)，平臺交替前移，實(shí)現(xiàn)了操作平臺的快速移動。

4 取得效果

1）通過創(chuàng)新型安全操作平臺，實(shí)現(xiàn)了工作平臺的快速移動，降低了施工難度，為切眼安全快速施工奠定了基礎(chǔ)。

2）優(yōu)化勞動組織，采用光面爆破二次成巷的施工方法，實(shí)現(xiàn)了急傾斜大斷面切眼月進(jìn)120 m的成績，為工作面的安裝爭取了時間。

3）采用錨網(wǎng)、錨索加支柱的聯(lián)合支護(hù)方式，有效控制了頂板下沉，降低了巷道維護(hù)成本。