巷道過陷落柱施工工藝及支護(hù)優(yōu)化

王賓濤

（山西長(zhǎng)平煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048000）

1 工程概況

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

長(zhǎng)平礦主采3號(hào)煤層，煤層平均厚度為5.62m，煤層結(jié)構(gòu)為4.24（0.23）1.15。二盤區(qū)膠帶機(jī)大巷為二盤區(qū)采面回采時(shí)的主運(yùn)煤和進(jìn)風(fēng)巷道，布置在3號(hào)煤層中，沿3號(hào)煤煤層頂板掘進(jìn)，巷道掘進(jìn)斷面為寬5.8m，高 3.3m，面積 19.14m2，采用高強(qiáng)錨桿、錨索、W鋼護(hù)板配合金屬網(wǎng)的混合支護(hù)。巷道標(biāo)高496～549m，蓋山厚度范圍370～405m。3號(hào)煤層直接頂為泥巖，厚2.63m，老頂為細(xì)粒砂巖，厚6.01m；直接底為泥巖，厚0.77m，老底為細(xì)粒砂巖，厚3.44m（煤層頂板底板情況見表1）。二盤區(qū)膠帶機(jī)大巷整體東西高，中間低，巷道掘進(jìn)至656m左右為巷道最低點(diǎn)，掘進(jìn)坡度較大，為0～9°下山趨勢(shì)。巷道掘進(jìn)中局部頂板節(jié)劈理發(fā)育，煤體疏松破碎。根據(jù)三維地震資料顯示，巷道掘進(jìn)到1150m處，發(fā)育擴(kuò)DX20陷落柱，預(yù)計(jì)長(zhǎng)軸45m，短軸30m，預(yù)計(jì)掘進(jìn)40m后通過該陷落柱。

2 原過陷落柱施工工藝和支護(hù)存在問題

2.1 掘進(jìn)工藝及存在問題

以往巷道掘進(jìn)采用EBZ150掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)割煤作業(yè)，在巷道掘進(jìn)過程中遇到陷落柱時(shí)，若果矸石硬度f(wàn)≤6，采用掘進(jìn)機(jī)直接截割的方式通過；如果矸石硬度f(wàn)＞6，掘進(jìn)機(jī)截割困難時(shí)，采用炮掘施工，在工作面打眼放炮，并采用掘進(jìn)機(jī)修邊出矸。由于EBZ150掘進(jìn)機(jī)功率低，截割矸石硬度到，掘進(jìn)機(jī)出矸時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)卡絆的現(xiàn)象，且由于掘進(jìn)機(jī)負(fù)荷較大，經(jīng)常造成油溫超高、油管接頭漏油或爆裂，出矸效率低；炮掘施工時(shí)，由于炮眼多，打眼放炮工序多，導(dǎo)致炮掘施工效率低，且放炮易造成矸石迸濺，需要對(duì)巷道內(nèi)的風(fēng)筒、電纜、風(fēng)水管路、掘進(jìn)機(jī)及其上方的電氣設(shè)備采取保護(hù)措施。因此，巷道掘進(jìn)遇陷落柱時(shí)，整個(gè)過陷落柱的掘進(jìn)施工工藝復(fù)雜，作業(yè)人員多，作業(yè)量大，施工效率低。

2.2 巷道支護(hù)及存在問題

二盤區(qū)膠帶機(jī)巷采用高強(qiáng)錨桿、錨索、W鋼護(hù)板配合金屬網(wǎng)的混合支護(hù)。巷道頂板支護(hù)：錨桿型號(hào)為MSGLW—500 22/2400，間排距為 1000×1000mm，配合400×280×4mm型W鋼護(hù)板支護(hù)；采用兩支錨固劑的樹脂加長(zhǎng)錨固，設(shè)計(jì)預(yù)緊力矩為400N.m、設(shè)計(jì)錨固力為150kN；金屬網(wǎng)護(hù)頂，網(wǎng)孔50×50mm。錨索規(guī)格為SKP22×1/1720.6300，采用三支錨固劑的加長(zhǎng)錨固，布置方式為“2-3-2-3”，排距 1000mm，設(shè)計(jì)預(yù)緊力不低于350kN。巷道兩幫支護(hù)：錨桿型號(hào)MSGLW—500 22/2400，間排距為 900×1000mm，；錨固方式、預(yù)緊力、設(shè)計(jì)錨固力和護(hù)表網(wǎng)片規(guī)格與頂板相同。錨索規(guī)格為SKP22×1/1720.5300，采用三支錨固劑的加長(zhǎng)錨固，幫錨索排距1m，每幫1根，呈“之”字型布置，設(shè)計(jì)預(yù)緊力不低于250kN。具體參數(shù)見圖1所示。

圖1 巷道錨桿支護(hù)圖

在過陷落柱期間由于巷道頂板破碎、完整性較差，頂板錨桿、錨索錨固力難以滿足設(shè)計(jì)要求，錨桿支護(hù)控制頂板效果有限，為維護(hù)巷道頂板穩(wěn)定，需要在原巷道錨網(wǎng)索支護(hù)的基礎(chǔ)上滯后工作面10米開始架設(shè)梯形棚跟進(jìn)加強(qiáng)支護(hù)。梯形棚棚距1000mm，扎角400mm，棚梁長(zhǎng)4600mm，上下棚腿長(zhǎng)3200mm，頂板背5處背板，兩邊背板距巷幫800mm，背板間距為1000mm（梯形棚支護(hù)見圖1所示）。梯形棚架設(shè)時(shí)需要在巷道靠近兩幫底板處挖柱窩，上棚梁時(shí)需要多人配合，且在巷道下山掘進(jìn)時(shí)梯形棚迎山角難以確定和調(diào)整，巷道架棚工程量大、作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，且工程質(zhì)量要求高、施工難度大，導(dǎo)致巷道掘進(jìn)效率低，嚴(yán)重影響礦井采掘斜街。

圖2 梯形棚支護(hù)圖（單位mm）

3 過陷落柱掘進(jìn)工藝及支護(hù)優(yōu)化

3.1 改進(jìn)設(shè)備優(yōu)化工藝

由于炮掘工序多，施工效率低，為提高巷道掘進(jìn)施工效率，需采用機(jī)械化代替過陷落柱期間的炮掘掘進(jìn)工藝，采用功率高的掘進(jìn)機(jī)組EBZ260巖巷掘機(jī)進(jìn)行巷道掘進(jìn)，該掘進(jìn)機(jī)功率高、適應(yīng)性強(qiáng)、破巖能力強(qiáng)，能截割硬度為100MPa的全巖斷面。因此，在過陷落柱期間掘進(jìn)工作面不再需要打眼放炮破巖的工序，且掘進(jìn)機(jī)小溜子馬達(dá)功率高，在出矸過程中基本不出現(xiàn)矸石卡小溜子的情況，大大提升了掘進(jìn)機(jī)出矸效率，從而提升掘進(jìn)施工效率。

3.2 支護(hù)方式優(yōu)化

1）增強(qiáng)頂板護(hù)表。根據(jù)地質(zhì)資料情況，在即將揭露陷落柱時(shí)提前進(jìn)行鉆探，探測(cè)陷落柱影響范圍，在巷道掘進(jìn)揭露陷落柱之前10m開始，巷道頂板采用雙層金屬網(wǎng)，增強(qiáng)對(duì)巷道破碎頂板的護(hù)表能力。

2）錨桿支護(hù)錨固力檢測(cè)。提前10m進(jìn)行巷道錨桿支護(hù)施工時(shí)，時(shí)刻檢測(cè)巷道頂板錨桿、錨索錨固力是否滿足設(shè)計(jì)要求，如果錨桿、錨索錨固力滿足設(shè)計(jì)要求則采用原有支護(hù)方案，如果圍巖破碎，錨固力不滿足要求時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行反饋，并采取相應(yīng)技術(shù)措施。

3）巷幫注漿加固。根據(jù)巷道掘進(jìn)揭露陷落內(nèi)部情況，巷道圍巖破碎，錨桿、錨索錨固力不能滿足設(shè)計(jì)需要時(shí)，需對(duì)巷道兩幫圍巖進(jìn)行注漿加固，充填巷道圍巖裂隙，改善圍巖結(jié)構(gòu)，提高圍巖整體性，從而提高巷幫承載能力。在巷道兩幫施工上下兩排鉆孔，矩形布置，上排鉆孔距頂板1m，下排鉆孔距頂板2m，排距2m，采用525水泥和水玻璃進(jìn)行注漿。

4）頂板全錨索支護(hù)。當(dāng)巷道過陷落柱期間頂板錨桿、錨索錨固力不滿足實(shí)際需要時(shí)，改變頂板支護(hù)方式，采用頂板全錨索支護(hù)，由錨索替代原錨桿支護(hù)，錨索間排距與原錨桿間排距保持一致，并采用全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固，保證頂板錨索支護(hù)錨固力。

5）圍巖噴漿封閉。由于巷道直接頂為泥巖，易風(fēng)化變形破碎，加之陷落柱影響范圍內(nèi)巷道圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，使得空氣通過節(jié)理裂隙進(jìn)入圍巖內(nèi)部，導(dǎo)致深部圍巖風(fēng)化，加速巷道圍巖變形破壞，因此，根據(jù)探測(cè)揭露陷落柱情況，在陷落柱前后影響區(qū)各20m范圍內(nèi)進(jìn)行噴漿封閉巷道圍巖，防止圍巖產(chǎn)生風(fēng)化變形。噴漿采用C20混泥土，噴漿厚度50mm。

6）頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。在巷道陷落柱影響范圍內(nèi)，每隔10m安設(shè)一個(gè)頂板離層儀，及時(shí)監(jiān)測(cè)頂板離層情況，發(fā)現(xiàn)離層加大，頂板出現(xiàn)網(wǎng)兜等情況時(shí)，提前采取措施進(jìn)行頂板補(bǔ)強(qiáng)。

4 實(shí)施效果分析

通過井下工業(yè)性試驗(yàn)，采用EBZ260機(jī)組截割過陷落柱，可以有效提高掘進(jìn)效率。掘進(jìn)進(jìn)尺由原來的每天2m，可以提高至每天5m，掘進(jìn)效率提升150%，很大程度上緩解了采掘銜接緊張的局面。同時(shí)取消打眼放炮作業(yè)，節(jié)省人工，避免放炮所帶來的各種風(fēng)險(xiǎn)。采用噴漿作業(yè)后，頂板等到了有效控制，并采用“十字”測(cè)量法對(duì)硐室開口處頂板下沉量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，頂板下沉量不大于150mm，兩幫收縮量不大于250mm，巷道支護(hù)效果良好。

5 結(jié) 語(yǔ)

地質(zhì)構(gòu)造是影響巷道掘進(jìn)效率的重要因素之一，陷落柱內(nèi)矸石硬度大時(shí)需要采用炮掘，掘進(jìn)效率低，通過改進(jìn)巷道掘進(jìn)設(shè)備，采用大功率的掘進(jìn)機(jī)組，直接截割過陷落柱，巷道掘進(jìn)效率提升150%；優(yōu)化了巷道過陷落柱期間的支護(hù)方案，通過采用“增強(qiáng)頂板護(hù)表、檢測(cè)支護(hù)質(zhì)量、注漿加固巷幫、頂板全錨索支護(hù)、噴漿封閉和頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)”等綜合技術(shù)措施，保證了巷道支護(hù)效果，實(shí)現(xiàn)了巷道安全、快速、高效過陷落柱。