差異化設(shè)計(jì)在井巷工程中的應(yīng)用

米川

摘? ? 要：井巷斷面和支護(hù)設(shè)計(jì)是井巷工程施工的關(guān)鍵，合理確定支護(hù)形式和選擇支護(hù)參數(shù)不僅關(guān)系到巷道的使用安全，還影響巷道的施工成本。以遼源礦業(yè)金寶屯煤礦為例，對(duì)差異化支護(hù)設(shè)計(jì)在巷道施工中的應(yīng)用及效益進(jìn)行了研究。根據(jù)金寶屯煤礦上分煤層南翼運(yùn)輸大巷服務(wù)用途及泥巖頂板的具體特征，在巷道斷面差異化和支護(hù)參數(shù)差異化設(shè)計(jì)方面進(jìn)行研究。結(jié)果表明，差異化設(shè)計(jì)實(shí)踐應(yīng)用效果理想，在保證安全的前提下有效地降低了支護(hù)成本，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：差異化設(shè)計(jì);井巷工程;支護(hù)設(shè)計(jì);經(jīng)濟(jì)效益

1? 引言

差異化設(shè)計(jì)在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下的各個(gè)行業(yè)都有廣泛應(yīng)用，但在井巷工程中，雖然國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)巷道差異化設(shè)計(jì)多有研究，但差異化設(shè)計(jì)尚未成為一項(xiàng)專業(yè)和系統(tǒng)的課題。本文根據(jù)金寶屯煤礦上分煤層南翼運(yùn)輸大巷服務(wù)用途和泥巖頂板的具體特征，在巷道斷面差異化和支護(hù)參數(shù)差異化設(shè)計(jì)方面進(jìn)行研究和實(shí)踐，論證了差異化設(shè)計(jì)在井巷工程的廣泛應(yīng)用。

2? 概述

金寶屯煤礦礦井地層產(chǎn)狀比較平緩，以平緩的背向斜構(gòu)造為主，局部有較大的波狀起伏。煤層基本形態(tài)以原始沉積形態(tài)為主，后期斷層較少，斷距大部分50m以下，斷層對(duì)煤層影響較小。煤層賦存深度-520m～770m之間，區(qū)內(nèi)僅有一個(gè)復(fù)煤層，平均厚9.71m。這一復(fù)煤層分上、中、下三個(gè)分煤層，只有上分煤層是可采煤層，大部分地區(qū)可采，煤層厚度0.35m～5.78m，平均厚3.10m。巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)方式，使用EB2160型掘進(jìn)機(jī)破、裝煤（巖），經(jīng)D80/40/2×75型膠帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至南翼上分煤層運(yùn)輸大巷主皮帶進(jìn)入南翼上分煤層煤倉(cāng)。

3? 差異化設(shè)計(jì)

以金寶屯礦上分南翼煤層運(yùn)輸大巷、南翼106切眼和南翼101切眼為例，分別說(shuō)明巷道斷面和支護(hù)參數(shù)差異化設(shè)計(jì)。

3.1? 原巷道斷面及支護(hù)參數(shù)

3.1.1? 斷面情況

巷道斷面、南翼上分煤層運(yùn)輸大巷沿煤層施工，斷面形狀為三心拱形，凈寬4.0m，凈高3.4m（其中，墻高2.3m，拱高1.1m），采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，噴混凝土厚度100m。

3.1.2? 支護(hù)參數(shù)

南翼106區(qū)切眼斷面為矩形，規(guī)格尺寸（凈寬×凈高）為5.5m×2.5m，S凈=13.75m2，S荒=14.82m2。巷道頂板支護(hù)采用錨網(wǎng)索、BHW2303.0W型鋼帶、錨索梁聯(lián)合支護(hù)。錨桿選型和間排距通過(guò)懸吊理論公式計(jì)算得到。錨桿選用全螺紋右旋金屬錨桿，錨桿直徑20mm，長(zhǎng)度2000mm，配1卷CK2350型樹(shù)脂錨固劑，錨桿間排距為800mm×900mm。每2.7m配用1條W型鋼帶，鋼帶規(guī)格為3500mm×230mm×3mm;每2.7m施工1組錨索梁，錨索梁由11#工字鋼加工而成，長(zhǎng)度3m;每組錨索梁配用2條錨索，錨索為Φ15.24mm×600mm低松弛預(yù)應(yīng)力旋鋼絞線，錨索間距2400mm，排距2.7m;錨網(wǎng)采用8#冷拔鋼絲編織的經(jīng)緯網(wǎng)，錨網(wǎng)搭接100mm。巷道兩幫采用錨網(wǎng)支護(hù)，錨桿選用全螺紋右旋金屬錨桿，錨桿直徑Φ20mm，長(zhǎng)度2000mm，配1卷CK2350型樹(shù)脂錨固劑，錨桿間排距為800mm×900mm，錨網(wǎng)采用8#冷拔鋼絲編織的經(jīng)緯網(wǎng)，錨網(wǎng)搭接100mm。

3.2? 差異化設(shè)計(jì)

3.2.1? 巷道斷面

南翼上分煤層運(yùn)輸大巷全長(zhǎng)約1650m，服務(wù)于整個(gè)南翼上分煤層，擔(dān)負(fù)進(jìn)風(fēng)，行人、煤炭和輔助運(yùn)輸?shù)热蝿?wù)，設(shè)計(jì)服務(wù)年限為20.2a。根據(jù)礦井生產(chǎn)接續(xù)，將前進(jìn)式開(kāi)采改為前進(jìn)與后退相結(jié)合的開(kāi)采方式，縮短運(yùn)輸大巷末端的服務(wù)年限。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)調(diào)整，靠近井田邊界的200m大巷為南翼201區(qū)工作面、南翼203工作面的順槽及切眼掘進(jìn)服務(wù)，不擔(dān)負(fù)工作面設(shè)備運(yùn)輸和生產(chǎn)期間的煤炭運(yùn)輸任務(wù)，服務(wù)年限僅為4a。根據(jù)其用途和服務(wù)年限，對(duì)巷道斷面及支護(hù)進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)，縮小巷道斷面，改變支護(hù)形式和支護(hù)參數(shù)，以減少資金投入。南翼上分煤層運(yùn)輸大巷末端200m差異化設(shè)計(jì)后，斷面形狀仍為三心拱形，凈寬3.4m，凈高3m（其中，墻高2m，拱高1m），采用錨網(wǎng)索+W型鋼帶聯(lián)合支護(hù)。

3.2.2? 支護(hù)參數(shù)

金寶屯礦上分煤層回采巷道原有的支護(hù)形式充分考慮了泥巖頂板的不穩(wěn)定性，支護(hù)強(qiáng)度滿足使用條件，但在選用錨桿計(jì)算中，只是單純依靠懸吊理論公式計(jì)算，忽略了回采過(guò)程中巷道兩幫煤層力學(xué)性質(zhì)與頂板泥巖力學(xué)性質(zhì)不同，巷道頂板礦山壓力顯現(xiàn)明顯大于巷道兩幫的實(shí)際情況。將懸吊理論計(jì)算公式得出的頂板錨桿直徑與間排距直徑籠統(tǒng)地用于兩幫錨桿規(guī)格選取，這種做法雖然能夠滿足巷道支護(hù)強(qiáng)度，但也造成了不必要的浪費(fèi)。

根據(jù)對(duì)巷道原有支護(hù)形式的實(shí)地觀測(cè)分析，按照回采巷道的位置進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)，巷道頂板支護(hù)不變。巷道兩幫因其穩(wěn)定性比頂板略高，改用Φ16mm×1600mm的錨桿，網(wǎng)片之間采用對(duì)接方式;在靠近切眼服務(wù)年限較短的100m范圍內(nèi)，靠工作面?zhèn)炔捎忙?6 mm×1600 mm的玻璃鋼錨桿，掛塑料網(wǎng)片。

進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)之后，南翼101切眼斷面形狀為矩形，規(guī)格尺寸（凈寬×凈高）為5.5m×2.5m，S凈=13.75m2，S荒=14.82m2。

巷道頂板支護(hù)采用錨網(wǎng)索、BHW230-3.0W型鋼帶、錨索梁聯(lián)合支護(hù)。錨桿選用全螺紋右旋金屬錨桿，錨桿直徑20mm，長(zhǎng)度2000mm，配1卷CK2350型樹(shù)脂錨固劑，錨桿間排距為800mm×900mm，頂板錨桿預(yù)緊力不小于80kN。每2.7m配用1條W型鋼帶，鋼帶規(guī)格為3500mm×230mm×3mm;每2.7m施工1組錨索梁，錨索梁由11#工字鋼加工而成，長(zhǎng)度3m;每組錨索梁配用2條錨索，錨索為Φ15.24mm×6000mm的低松弛預(yù)應(yīng)力左旋鋼絞線，錨索間距2400mm，排距2.7m。錨網(wǎng)采用8#冷拔鋼絲編織的經(jīng)緯網(wǎng)，錨網(wǎng)搭接100mm。

巷道老空側(cè)（順槽為煤柱側(cè)）一幫采用錨網(wǎng)支護(hù)，錨桿選用全螺紋右旋金屬錨桿，錨桿直徑16mm，長(zhǎng)度1600mm，配1卷CK2350型樹(shù)脂錨固劑，錨桿間排距為1000mm×900mm，錨網(wǎng)采用塑料錨網(wǎng)，錨網(wǎng)對(duì)接。巷道老空側(cè)一幫采用錨網(wǎng)支護(hù)，錨桿選用玻璃鋼錨桿，錨桿直徑16mm、長(zhǎng)度1600mm，配1卷CK2350型樹(shù)脂錨固劑，錨桿間排距為1000mm×900mm，錨網(wǎng)采用塑料錨網(wǎng)，錨網(wǎng)對(duì)接。幫桿預(yù)緊力不小于49kN。

4? 應(yīng)用效果分析

對(duì)南翼101工作面實(shí)施差異化設(shè)計(jì)支護(hù)之后，通過(guò)回采期間礦壓觀測(cè)，證明差異化支護(hù)在工作面回采過(guò)程中能夠保證工作面的生產(chǎn)安全。此外，差異化設(shè)計(jì)給礦井帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4.1? 礦壓觀測(cè)

南翼101區(qū)工作面回采期間進(jìn)行了礦壓觀測(cè)，在回風(fēng)順槽中共設(shè)置了5個(gè)斷面位移測(cè)站，分別布置在距離工作面10m、20m、30m、40m、50m的位置。巷道圍巖頂?shù)?、兩幫的總移近量分別為13.80mm、7.40mm，巷道圍巖變形較小，說(shuō)明設(shè)計(jì)方案有效合理，能保障巷道圍巖的穩(wěn)定性。

4.2? 經(jīng)濟(jì)效益

上分層煤層原招標(biāo)價(jià)格為8790元/m，進(jìn)行差異化支護(hù)后，招標(biāo)價(jià)格為4930元/m。進(jìn)行差異化支護(hù)，不僅減少了施工工序，提高了施工效率，還為礦井節(jié)省了施工費(fèi)用200m×3860元/m=77.2萬(wàn)元。南翼106區(qū)切眼招標(biāo)價(jià)格為8000元/m，南翼101區(qū)切眼進(jìn)行差異化支護(hù)后招標(biāo)價(jià)格為5180元/m，101區(qū)切眼巷道長(zhǎng)度200m，為礦井節(jié)省工程款200m×2820元/m=56.4萬(wàn)元。

5? 結(jié)束語(yǔ)

以上僅是對(duì)某煤業(yè)差異化設(shè)計(jì)在井巷工程中的應(yīng)用進(jìn)行的簡(jiǎn)要總結(jié)。差異化設(shè)計(jì)在礦井的各個(gè)環(huán)節(jié)包括井上井下都有著較大的應(yīng)用前景。充分考慮巷道的用途、服務(wù)年限、使用性質(zhì)，按照巷道具體功用確定科學(xué)、合理的斷面規(guī)格、支護(hù)形式，合理地調(diào)整支護(hù)參數(shù)，對(duì)巷道分類別、分區(qū)段地進(jìn)行差異化支護(hù)，可以在保證支護(hù)安全的情況下大大降低支護(hù)成本投入，為礦井生產(chǎn)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益，在多數(shù)礦井具有推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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