主要進(jìn)風(fēng)巷快速施工組織及工藝優(yōu)化

肖金杰 李 帥

（山東東山古城煤礦有限公司，山東 兗州 272100）

1 概況

古城煤礦由于礦井采場(chǎng)轉(zhuǎn)入三水平開采，水平大巷深達(dá)-1030m，通風(fēng)線路增長(zhǎng)，通風(fēng)阻力急劇升高，現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)不能滿足安全生產(chǎn)要求。而古城煤礦礦井資源開采已達(dá)到后期階段，再施工一處風(fēng)井成本過高、時(shí)間太久。經(jīng)一體化論證決定，自-505m水平穿層施工一全巖巷道至-1030m水平，巷道全長(zhǎng)3103m，統(tǒng)一凈斷面22.4m2，巷道采用錨網(wǎng)（索）噴支護(hù)，設(shè)計(jì)坡度為 -12°下山。巷道服務(wù)年限直至礦井生產(chǎn)結(jié)束。

表1 巷道斷面尺寸表

2 主進(jìn)風(fēng)巷快速施工方法

2.1 分段同時(shí)施工組織方式

安排四支掘進(jìn)隊(duì)伍分四段進(jìn)行施工，分別為主進(jìn)風(fēng)巷-505m水平、-850m水平（上）、 -850m水平（下）、-1030m水平。

2.2 設(shè)備及工藝優(yōu)化

由于主進(jìn)風(fēng)巷上段布置在煤層頂板巖石中，下段布置在底板巖石中，巖石較硬，經(jīng)研究決定打破傳統(tǒng)單一的人工風(fēng)鉆打眼放炮模式，在技術(shù)設(shè)備、施工工藝上作出以下改進(jìn)與優(yōu)化：（1）在-505m水平下山掘進(jìn)，使用鑿巖臺(tái)車施工炮眼，挖掘式裝載機(jī)配合110kW皮帶輸送機(jī)耙運(yùn)矸石；（2）-850m水平上山掘進(jìn)使用鑿巖臺(tái)車施工炮眼，側(cè)卸式裝載機(jī)配合90kW皮帶輸送機(jī)裝運(yùn)矸石；（3）-850m以下段下山施工巷道采用人工風(fēng)鉆施工炮眼，配合P60B耙裝機(jī)、90kW皮帶機(jī)裝運(yùn)煤矸；（4）-1030m水平使用梭車配合皮帶進(jìn)行排運(yùn)煤矸，使排矸由原先的絞車提升間斷性排矸變成了連續(xù)性排矸，形成四種不同的施工工藝，保證每天的施工進(jìn)度在6m以上。

2.3 主要施工工藝

主進(jìn)風(fēng)巷（-505m水平及-850m水平反打）采用光面爆破法施工，巷道采用全斷面分區(qū)分次起爆，人員蹬碴作業(yè)施工。首先蹬碴打好頂部炮眼，然后使用挖掘式裝載機(jī)倒迎頭，將迎頭清出空間后再打底部炮眼；爆破時(shí)先裝藥爆破底部，然后蹬碴裝藥爆破頂部，依次循環(huán)作業(yè)。爆破后頂部支護(hù)緊跟迎頭，循環(huán)進(jìn)尺1.6m（兩網(wǎng)），遇煤巖、斷層或頂板破碎時(shí)，循環(huán)進(jìn)尺0.8m。施工期間，拱部錨桿支護(hù)緊跟迎頭，兩幫錨桿距迎頭最大距離不超過15m。

上部（施工至墻高線以下0.3m）施工流程：

下部起底施工流程：

打眼→爆破→耙碴→噴漿→支護(hù)→打眼→爆破→耙碴→噴漿→支護(hù)。

2.4 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工程

（1）古城煤礦為沖擊地壓礦井，由于巷道穿層施工，于巷道中部及-850m水平有一段數(shù)米長(zhǎng)的全煤段巷道，針對(duì)深部礦井存在沖擊地壓傾向性，全煤段巷道變形快，決定在全煤段施工卸壓孔并對(duì)煤體進(jìn)行注漿加固。

（2）-1030m水平上段與三水平皮帶下山需要進(jìn)行貫通施工，為保證不影響主皮帶提升，對(duì)皮帶進(jìn)行懸吊加固并保護(hù)，并對(duì)皮帶巷上下10m范圍進(jìn)行加固噴漿。

3 主進(jìn)風(fēng)巷的支護(hù)工藝

由于一條巷道自上而下安排四支隊(duì)伍施工，條件不一，支護(hù)工藝也隨之變化，巷道采用“差異化支護(hù)的原則”，按懸吊理論計(jì)算錨桿、錨索參數(shù)。主進(jìn)風(fēng)巷-505m水平采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，其他三個(gè)區(qū)段在-505m水平巷道的基礎(chǔ)上，加密錨索，采用錨網(wǎng)索噴的支護(hù)形式進(jìn)行永久支護(hù)。隨著深度不同，錨索長(zhǎng)度、間排距也隨之改變[2]。

3.1 臨時(shí)支護(hù)

硬巖掘進(jìn)時(shí)，爆破后首先摘除迎頭危巖懸矸，采用初噴作為臨時(shí)支護(hù)，軟巖或巖石破碎時(shí)采用前探梁作為臨時(shí)支護(hù)，將頂網(wǎng)敷上，與永久支護(hù)網(wǎng)相聯(lián)，將吊環(huán)掛在永久支護(hù)錨桿的適當(dāng)位置，將前探梁插入吊環(huán)前移前探梁，在前探支護(hù)的掩護(hù)下進(jìn)行永久支護(hù)。臨時(shí)支護(hù)如圖1所示。

3.2 永久支護(hù)

永久支護(hù)在支護(hù)形式上略有不同。-505m水平采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，拱部錨桿必須支護(hù)到迎頭，其他3個(gè)區(qū)段的工作面均采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)形式。為了更好發(fā)揮錨桿與錨索對(duì)設(shè)備部巷道支護(hù)的效應(yīng)，根據(jù)巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)原則，提出如下設(shè)計(jì)原則：（1）一次性支護(hù)原則；（2）高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散原則；（3）“三高一低”原則；（4）臨界支護(hù)強(qiáng)度與剛度原則；（5）相互匹配原則；（6）可操作性原則；（7）安全經(jīng)濟(jì)原則[3]。

圖1 臨時(shí)支護(hù)平、剖面圖

（1）鋼筋網(wǎng)支護(hù)。采用Φ6mm盤圓編織的網(wǎng)孔80×80mm的鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)搭接量不小于160mm，扣間距不大于160mm，采用14#鍍鋅鐵絲雙股雙排扣菱形綁扎。

（2）錨桿支護(hù)。主進(jìn)風(fēng)巷（-505m水平）在巷道全斷面布置15根Ф22×2500mm的高強(qiáng)樹脂錨桿，間排距900×900mm，底腳錨桿距底板不超過100mm。錨桿托盤規(guī)格為：長(zhǎng)×寬×厚=200×200×10mm。主進(jìn)風(fēng)巷其余各區(qū)段工作面在巷道全斷面布置17根Ф22×2500mm的等強(qiáng)樹脂錨桿，間排距均為800×800mm[4]。

（3）錨索支護(hù)。由于-505m水平采用支護(hù)形式為錨網(wǎng)噴支護(hù)，不需使用錨索加強(qiáng)支護(hù)。其余三個(gè)區(qū)段掘進(jìn)頭均使用“錨網(wǎng)索噴”支護(hù)形式，錨索間排距均為800×800mm，錨索的布置方式為：錨索與錨桿間隔布置，每根錨索在錨索球與鐵盤之間加使1個(gè)讓壓圈[6]，錨索外露鋼絞線采用10#鐵絲呈“十字花”綁扎于鋼筋網(wǎng)上并散開向上彎折，錨索外露長(zhǎng)度150～250mm。其余工作面采用長(zhǎng)7000mm錨索，錨索間排距、布置方式及數(shù)量根據(jù)深部礦壓影響略有不同。錨索綁扎示意圖如圖2所示。主進(jìn)風(fēng)巷（-1030m水平）巷道斷面支護(hù)圖如圖3所示。

圖2 錨索球防沖捆扎示意圖

（4）噴漿支護(hù)。主進(jìn)風(fēng)巷位于二疊系山西組3層煤及3煤頂?shù)装灏鍘r石中，巷道圍巖的巖性比較好，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，根據(jù)三維地震勘探資料，預(yù)計(jì)各工作面在掘進(jìn)過程中基本無構(gòu)造。巷道采用中深孔光面爆破，對(duì)巷道成型比較有利，所以光爆后首先初噴找成型，然后掛網(wǎng)打錨桿，讓錨桿和鋼筋網(wǎng)來承受圍巖應(yīng)力，讓圍巖應(yīng)力得到充分釋放。掘進(jìn)工作面推離一定距離后進(jìn)行復(fù)噴，這樣能夠減小爆破對(duì)噴漿層的損傷，有利于錨網(wǎng)、噴漿質(zhì)量的提高，有利于巷道成型。最近的現(xiàn)場(chǎng)觀察證明，改進(jìn)后的措施是安全有效的，巷道變型有效減小。噴射混凝土噴砼標(biāo)號(hào)為C20，初噴厚度50mm至100mm，復(fù)噴以覆蓋金屬網(wǎng)為宜。

圖3 主進(jìn)風(fēng)巷（-1030水平）巷道斷面支護(hù)圖

4 效果

主進(jìn)風(fēng)巷集猴車運(yùn)輸、排水系統(tǒng)和供電系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)。工程完工后，礦井總進(jìn)風(fēng)量由8400m3/min增至10200m3/min，改善井下工作環(huán)境；礦井負(fù)壓由5000Pa降至4102.5Pa，減小井下漏風(fēng)量、風(fēng)門維護(hù)量，降低煤層發(fā)火隱患。人員運(yùn)輸時(shí)間由55min降至30min，縮減井下工作時(shí)間，提高工作效率。