草垛溝煤礦順槽巷道掘進技術(shù)的研究應(yīng)用

鄭智儒

（山西煤炭進出口集團左云草垛溝煤業(yè)有限公司，山西 大同 037001）

1 工程概況

左云草垛溝煤礦位于大同煤田西北部，東離山西大同市約34km，西離左云縣城約24km。為了使8203 回風順槽巷道形成系統(tǒng)，準備繞道從東翼回風巷開口，AB 段長21.729m，方位40°，坡度-7°16′39″，到位后開始按照250°方位反掘8203 回風順槽。8203 回風順槽BC 段長16.671m，坡度為-7°16′39″；CD 段長5.321m，水平掘進；DE 段長4.435m，沿頂板水平掘進，底板按照-8°下山掘進，巷道高度由2.4m 增加至3.0m；EF 段長9.799m，水平掘進與8-2#煤層集中運輸巷貫通。巷道斷面為矩形，斷面規(guī)格：寬×高=4000×2400mm，該巷道主要用于8-2#煤層8203工作面回采時的原煤運輸及進風巷，服務(wù)年限設(shè)計達到12 個月以上。

2 回風順槽系統(tǒng)巷道掘出技術(shù)

采用鉆爆法施工，YT28 型氣腿式風動鑿巖機打眼，全斷面一次爆破，循環(huán)進尺為1.8m。

巷道初始掏槽采用楔形方案，周邊眼布置位置與設(shè)計方案中輪廓線之間約為160～250mm。炸藥選用2#煤礦許用乳化炸藥，采用毫秒延時起爆網(wǎng)路，應(yīng)用MFB－200 型隔爆電容式起爆裝置進行爆破。炮孔為連續(xù)性裝藥結(jié)構(gòu)，爆破網(wǎng)絡(luò)采用串并聯(lián)，全斷面一次起爆，裝藥過程中保證炸藥貼近炮孔底端，使用設(shè)計的雷管段別，水孔時采用防水套保護措施，避免炸藥由于水作用導(dǎo)致潮濕進而出現(xiàn)拒爆現(xiàn)象。炮孔布置如圖1 所示。

巷道爆破設(shè)計總的炸藥量：

式中

q- 單 位 炸 藥 消 耗 量，q=1.2kg/m3（ 煤），q=2.0kg/m3（巖），半煤巖取1.8kg/m3；

S-巷道斷面積，取10.08m2；

L-炮孔深度，取2.0m；

n-炮孔利用率，0.8～0.9，取0.9。

每茬進度炮孔數(shù)目計算：

式中：

N-炮孔個數(shù)；

m-選用藥卷長度，0.2m；

S-巷道斷面積，10.08 m2；

n-炮孔利用率0.8～0.9，取0.9；

x-炮孔裝藥系數(shù)0.5～0.7，取0.5；

p-每個藥卷重量，0.2kg。

則：Q=1.8×10.08×2.0×0.9=32.66kg（半煤巖）

N=1.8×10.08×0.9×0.2/（0.5×0.2）=32.66（半煤巖）

實際炮孔數(shù)量取34 個（半煤巖），實際總裝藥量33.2kg（半煤巖）。

圖1 炮孔布置

3 巷道支護方式

在巷道掘進過程中，為了保證其安全穩(wěn)定性，提出了以下支護方式：

（1）錨桿參數(shù)確定

組合梁理論[1-4]被廣泛應(yīng)用于巷道錨桿參數(shù)的設(shè)計。

① 錨桿長度計算：

式中：

L-錨桿長度，m；

L1-錨桿在回風巷的超出長度，經(jīng)驗值取0.1m；

L2-錨桿設(shè)計有效受力長度，m；

L3-被錨固的錨桿長度，按經(jīng)驗值取0.6m。

式中：

L2-錨桿有效受力長度，m；

K1-抗拉安全系數(shù)，設(shè)計為8；

q-梁結(jié)構(gòu)分布的載荷，取2.5kN/m2；

B-回風巷道設(shè)計寬度值，設(shè)計為4.2m；

δT-巖石抗拉強度，取50MPa。

則：L2≥0.5B（K1q/δT）1/2

≥0.5×4.2（8×2.5/50）1/2≥0.949m

② 考慮將錨桿間距與排距設(shè)置為相等，則：

式中：

a-錨桿間排距，m；

D-錨桿桿體直徑，mm；

L2-錨桿有效受力長度，m；

T-桿體材料抗剪強度，取120MPa；

K2-頂板抗剪安全系數(shù)，3～6 ，取6；

B-巷道開拓寬度，取4.2m；

q-組合梁結(jié)構(gòu)承受載荷，設(shè)置為2.5kN/m2。則：

a≤0.0458D(L2T/K2qB)1/2

≤ 0 . 0 4 5 8 × 1 8 × { ( 1 . 1 0 7 × 1 2 0 ) /（6×2.5×4.2)}1/2≤1.197m

③ 錨桿錨固長度計算：

式中：

L-錨固劑長度，為600mm；

D-鉆孔直徑，為28mm；

D1-樹脂錨固劑直徑，為23mm；

D2-錨桿內(nèi)徑，為18mm。

通過以上計算，按照非金屬礦巷道錨桿支護方法理論中規(guī)定[5-7]，應(yīng)該將螺紋鋼樹脂錨桿的鉆孔直徑以及錨桿、樹脂錨固劑直徑進行耦合配置，其中設(shè)計的鉆孔直徑與錨桿桿體直徑、樹脂錨固劑直徑相差不能超過6～10mm、4～8mm 的合理區(qū)間?，F(xiàn)采用鉆孔直徑為28mm，樹脂錨固劑直徑為23mm，錨桿內(nèi)徑為18mm，符合“三徑”匹配要求。回風巷道頂部錨桿采用的是Φ18×2000mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，而托盤考慮選用150×150×10mm鐵材質(zhì)，間距、排距設(shè)定為950 mm 和1000mm，同時一排設(shè)置為5 根，MSK2360 樹脂錨固劑應(yīng)用與錨桿一一對應(yīng)，錨固力≥60kN，預(yù)緊力距≥100N?m。錨索采用Φ15.24×4300mm 鋼絞線，托盤使用300×300×10mm 鋼材質(zhì)板，排距為3000mm，每排1 根，每根錨索使用兩支MSK2360樹脂錨固劑，錨固力≥150kN。巷道頂部采用金屬網(wǎng)防護并用直徑6mm 的鋼筋焊牢，網(wǎng)格設(shè)計為100×100mm，長×寬=1100×2100mm，網(wǎng)與網(wǎng)間搭接100mm，用16 號鉛絲扭結(jié)，扭結(jié)3 圈，間隔100mm 扭結(jié)一匝。

以“敲幫問頂”為經(jīng)驗方法，及時利用超過2m 長度的長柄設(shè)備找盡浮煤、懸矸，打眼作業(yè)時設(shè)專人觀察頂板。工作面進行臨時支護設(shè)計時，前探梁經(jīng)常被視為優(yōu)選方法，前探梁以三根12#槽鋼為基礎(chǔ)，長度大約為 4.0m，每根前探梁使用2 個長方形吊環(huán)（使用Φ30mm 的圓鋼加工而成，規(guī)格寬400mm，高200mm）與工作面頂錨桿固定。每次放完炮后，前探梁必須及時由外向里將前探梁一次性推移至距工作面迎頭≤300mm，用8 根剎頂木（長×寬×厚=2400×150×50mm）將前探梁背緊，在前探梁掩護下方可進行作業(yè)。如遇頂板破碎或遇構(gòu)造等特殊情況下，必須增加前探梁數(shù)量，由原數(shù)量再增加一根。支護設(shè)計如圖2 所示。

圖2 支護設(shè)計圖

（2）效果分析

選用上述設(shè)計的支護方式，通過對巷道的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)8203 回風順槽巷道的頂板、底板下沉最大變形值為121mm、114mm，巷道的兩幫壁變形值為106mm，整體上回風巷道穩(wěn)定性控制在安全范圍內(nèi)。從巷道頂板離層角度分析錨桿的受力情況，發(fā)現(xiàn)了回風順槽巷道的頂板擾動離層數(shù)值變化可忽略不計。通過測力計判別錨桿的受力在安全值內(nèi)，因此表明了巷道頂板較為穩(wěn)定，說明設(shè)計的錨桿支護方式較為可靠，巷道支護設(shè)計比較合理。

4 結(jié) 語

（1）通過對8203 回風順槽巷道背景的分析，采用了契形掏槽法，確定了炮眼數(shù)量34 個，實際總裝藥量33.2kg，提高了工作效率，降低了爆破振動效應(yīng)。

（2）巷道維護采用了永久支護和臨時支護方式，計算出最佳的合理錨桿長度、間距分別為1.649m、1.197m，后期巷道監(jiān)測中，頂板、底板最大位移量為121mm、114mm，巷道變形控制較好。

（3）為了保證巷道在掘進過程中穩(wěn)定性，制定了安全措施，確保了安全生產(chǎn)。