淺埋大斷面輔助運輸巷掘進及支護設計

吳 春

(山西宏宇誠鑄建設工程有限公司， 山西 朔州 038300)

1 前言

我國巷道掘進技術是影響煤礦生產(chǎn)的重要因素，多年以來，井下巷道的掘進施工仍主要以鉆爆施工技術為主，這種技術相對落后且時間較長[1-3]。因此，很多學者對于巷道的快速掘進進行了深入研究，如張海峰針對高瓦斯礦井，對大斷面、長距離的巷道快速掘進與支護技術進行了探討[4]；張忠國研究了巷道掘進與支護的制約關系，探討了包括錨桿支護的布置和自動化、掘進巷道部分支護、動力控制聯(lián)合設計等技術[5]；朱艷華以晉城趙莊煤礦為研究對象，對掘進巷道存在松軟破碎帶支護問題進行了研究，提出了以“錨網(wǎng)帶索”的巷道支護方法，有效控制了巷道的變形[6]；王磊以西山馬蘭礦為研究對象，對破碎圍巖下大斷面運輸巷道的保護技術進行了探討，采用了CQJG3型加固堵水材料，加固了破碎圍巖巷道頂板，有效防止了巷道變形[7]。本文以同煤集團增子坊煤礦埋深較淺的8303輔運輸大巷為研究對象，深入分析巷道掘進的影響因素，提出了大斷面巷道掘進和支護設計方案。

2 工程概況

同煤集團增子坊煤礦8303運輸巷位于83采區(qū)，處于井田南部北西，東接回風、皮帶、輔運大巷。礦井主采8#煤層，走向南北，盤區(qū)巷西部煤層傾向東、東部大巷煤層傾向西、傾角0°～5°，為緩傾斜煤層。83盤區(qū)平面布置如圖1所示。

圖1 83盤區(qū)平面布置圖

8#煤為暗淡型煤，該煤層在本區(qū)域賦存較穩(wěn)定，煤層埋藏深度為141～161m，煤厚4.45～5.6m，平均煤厚5.1m。結合鄰近工作面8#層83盤區(qū)大巷大致為一向斜構造，中部低、兩頭高(東、西)預計在掘進過程中會遇到4條斷層，斷層走向為北西，傾向南西。西部大斷傾向北東，落差預計為10～20m，揭露斷層見表1。

表1 工作面揭露斷層情況表

3 巷道設計方案和影響掘進的因素

3.1 巷道設計方案

針對礦井煤層埋藏深度較淺，布置所需的8303輔助運輸巷設計長度為1 462m，巷道開口施工方位角為270°，開口沿水倉聯(lián)巷底板-6°下山施工57m，再沿8#煤層中部掘進，與8#層83盤區(qū)皮帶巷底板高差控制在1.5m范圍內，巷道參數(shù)見表2，巷道斷面如圖2所示。

3.2 影響巷道掘進的因素

1)施工工藝

施工工藝的選擇尤為重要，是影響大斷面巷道掘進施工進度的重要因素[8]。從施工工藝方面來說，需要減少非正常工序，避免增加更多的困難，最好實行并行作業(yè)，可以有效提高掘進速度。通過優(yōu)化工作面施工組織，進行有效合理的平行作業(yè)，提前準備相應的輔助工序，可以提高掘進速度。

表2 巷道設計參數(shù)表

圖2 8303巷道斷面圖

2)圍巖特征

巷道圍巖的特征是影響巷道支護、掘進以及相應的維護工作最大的因素，決定了支護方案選擇、施工工藝方案和維護方案設計的基礎和依據(jù)[9]。現(xiàn)階段已經(jīng)出現(xiàn)的綜合機械化掘進設備和技術，對井下地質條件的要求較高，因此，需要根據(jù)礦井巷道圍巖的特征變化選擇合適的掘進工藝方案。

3)巷道支護方式

巷道掘進的基礎保障是具有巷道永久支護形式和參數(shù)，能夠得以保障安全和巷道的快速掘進工作。因此選擇合理的錨網(wǎng)索聯(lián)合支護參數(shù)、減少錨桿施工時間和降低錨桿索的支護密度，均是提高巷道掘進速度的主要方法。

4 大斷面巷道的掘進工藝

4.1 巷道掘進方案

8#層83盤區(qū)輔助運輸巷方位角270°，掘進工藝采用EBZ- 200型半煤巖掘進機進行施工，打眼支護使用MQT- 130型氣動錨桿鉆機和ZQS- 30/2.5型氣動手持式鉆機。全斷面一次成型分兩次截割，第一次截割斷面4 000mm×4 420mm橫向，第二次為1 240mm×4 420mm縱向。巷道在正常掘進時，在8#層83盤區(qū)輔助運輸巷頂板安設一臺JK- 3型礦用隔爆型激光指向儀作為巷道導向，其中激光至兩幫的距離允許誤差0～+100mm。巷道高度與設計允許誤差 0～+200mm。

4.2 掘進工藝流程

巷道掘進工藝流程：采用“四位一體”安全檢查→開機前準備→割煤→裝煤、運煤→敲幫問頂→鋪網(wǎng)→臨時支護→永久支護→清煤矸、標準化作業(yè)→驗收→延伸皮帶輸送機→下一循環(huán)。

機組的截割方式主要采用由下而上自左向右的循環(huán)截割方法，截割頭逆時針旋轉，等整個系統(tǒng)正常后，按切割順序將截割頭對準工作面左下角緩慢前移進刀，截割頭鉆入后，將鏟板放下緊貼底板做為前支撐點，將機組穩(wěn)定器放下做為后支撐點進行截割，要求頂板水平截割，兩幫垂直截割，EBZ- 200懸臂式掘進機截割頭最大外徑為1 050mm，長度1 000mm，因此，每次截割深度不大于800mm，截割寬度1 000mm，進刀時應低速鉆進(23rpm)，深度到位后，自左向右高速截割(46rpm)，司機在截割過程中要注意調整截深，避免機組過負荷運轉。

5 巷道支護工藝

5.1 支護設計方案

根據(jù)礦井地測地質資料分析，8#層83盤區(qū)輔助運輸巷施工范圍內，基本頂為泥質膠結狀，以粉砂巖及泥巖為主，含有厚度約8m含植物化石。直接頂為泥質膠結狀，成分以粉砂巖及泥巖為主，含有厚度約6m含植物化石，無偽頂，因此，本次巷道支護采用錨網(wǎng)+錨索+W鋼帶+噴砼聯(lián)合支護。

頂板采用φ20mm×2 200mm錨桿，間排距900mm×1 000mm，幫部采用φ20 mm×2 200mm錨桿，間排距900mm×1 000mm，選用長度為2 200mm的錨桿，頂板錨桿間距0.9m，幫部錨桿間距0.9m。8#層83盤區(qū)輔助運輸巷煤層平均厚度為5.1m，偽頂平均厚度0m，巷道高度4.42m，因巷道-6°下山施工，設計取錨索長度為7 500mm，錨索間排距取2.5m×2.0m。

5.2 支護工藝流程

支護工藝流程：“四位一體”安全檢查→開機前準備→割煤→裝煤、運煤→敲幫問頂→鋪網(wǎng)→臨時支護→永久支護→清煤矸、標準化作業(yè)→驗收→延伸皮帶輸送機→下一循環(huán)。

1) 臨時支護

綜掘機安裝ZLJ- 10型機載前探梁作為臨時支護，前探梁規(guī)格2 100mm×2 000mm(長×寬)，實現(xiàn)工作面無空頂作業(yè)。前探支護必須緊跟工作面，機載前探梁距掘進工作面距離不大于800mm，嚴禁在無前探支護的情況下進入工作面作業(yè)。

2) 永久支護

工作面最大空頂距離≤1 800mm，最小空頂距離≤800mm；錨索支護距工作面最大距離≤2 800mm，嚴禁空頂作業(yè)；幫部錨桿上部兩排必須緊跟掘進工作面，下部兩排滯后工作面不大于5m施工。

8#層83盤區(qū)輔助運輸巷頂板設計使用φ17.8mm×7 500mm錨索，錨索使用3支樹脂錨固劑，1支MSCKa2330，2支MSCKb2360(短在上，長在下)，錨索預應力≥120kN，張拉力≥24MPa，錨索間排距為2 500mm×2 000mm。巷道頂、幫錨桿設計巷道使用鋼材屈服強度不低于335MPaφ20mm×2 200mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，頂、幫錨桿統(tǒng)一使用150mm×150mm×10mm高強度拱形托盤，使用一支MSCKb2360樹脂錨固劑錨固，錨固力≥80kN，錨桿預緊扭矩力≥200N·m。頂、兩幫采用“錨桿+鋼筋網(wǎng)+錨索+W鋼帶+噴砼”，頂、幫錨桿間排距為900mm×1 000mm，錨桿間排距誤差±100mm，呈距形布置；頂板采用5 640mm×1 200mm的8#菱形網(wǎng)，兩幫網(wǎng)片均采用3 400mm×1 200mm的8#菱形網(wǎng)，網(wǎng)格規(guī)格50mm×50mm，搭接長度不少于200mm，搭接部分采用14#鉛絲雙道三花扭結聯(lián)網(wǎng)，扭結間距不大于100mm。

網(wǎng)片鋪設要求，網(wǎng)片鋪平、鋪展，緊貼頂幫，對(搭)接合理；網(wǎng)片搭接長度200mm，綁扎間距100mm；聯(lián)網(wǎng)要孔孔相連，雙絲雙扣，綁扎牢固，綁死扭結不少于三圈；綁扎網(wǎng)片的鐵絲茬頭全面彎向巷道里側，防止掛住人或物件。

6 結論

根據(jù)影響增子坊煤礦8303運輸巷掘進的因素，采用EBZ- 200型半煤巖掘進機進行施工，打眼支護使用MQT- 130型氣動錨桿鉆機和ZQS- 30/2.5型氣動手持式鉆機。由于巷道頂板以泥質膠結粉砂巖和泥巖為主，因此巷道支護采用了“錨網(wǎng)+錨索+W鋼帶+噴砼” 的聯(lián)合支護方式，合理的掘進工藝和有效的支護技術，有效地提高了該巷道的掘進速率，確保礦井的安全、正常生產(chǎn)。