泥巖大跨度切眼一次成巷快速掘進(jìn)及支護(hù)技術(shù)

劉劍奇

（山西晉煤集團(tuán)趙莊二號井，山西 長治 046608）

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，煤礦落后產(chǎn)能的逐步淘汰，高產(chǎn)高效礦井是煤礦的建設(shè)方向，掘進(jìn)提效[1-2]則是實現(xiàn)煤礦高產(chǎn)高效的基礎(chǔ)，也能夠有效緩解煤礦采掘斜街緊張的局面。針對巷道快速掘進(jìn)進(jìn)行了大量實踐，特別是復(fù)合、破碎頂板，大斷面、大跨度巷道的快速掘進(jìn)問題，也取得了一定的實踐經(jīng)驗[3-6]。本文結(jié)合趙莊二號井的生產(chǎn)地質(zhì)條件，總結(jié)分析了泥巖頂板大跨度切眼快速掘進(jìn)工藝。

1 工程概況

趙莊二號井1307 工作面位于井田東翼盤區(qū)，開采3 號煤層，煤層平均厚度5.46 m，平均傾角3°。煤層底板標(biāo)高為+548～ +573 m，地面標(biāo)高為+923～+986 m。煤層直接頂為1.8 m 厚的泥巖，基本頂為10.17 m 厚的粉砂巖，直接底為0.6 m 厚的泥巖。1307 工作面切眼與13072 巷垂直，西部是1301 采空區(qū)，南部是13072 巷，巷道布置如圖1 所示。1307 工作面切眼為矩形巷道，沿煤層頂板掘進(jìn)，毛寬7.2 m，毛高3.0 m，毛斷面積為21.6 m2，巷道長度為180 m。工作面處于承壓水區(qū)域，突水系數(shù)為0.007 5 MPa/m，小于臨界突水系數(shù)0.06 MPa/m。工作面瓦斯絕對涌出量為1.67 m3/min。1307 切眼掘進(jìn)至120～130 m 可能揭露正斷層DF8，對工作面掘進(jìn)影響較大。

圖1 工作面布置示意圖

2 掘進(jìn)工藝優(yōu)化及巷道支護(hù)

2.1 掘進(jìn)工藝優(yōu)化

（1）原切眼掘進(jìn)工藝及存在問題

以往的同尺寸工作面切眼一般采用二次成巷工藝，先掘進(jìn)4.5 m 寬，貫通后，再退出機(jī)組，掘進(jìn)剩下2.7 m 寬巷道。該方法掘進(jìn)效率低，浪費(fèi)支護(hù)材料，不利于礦井實現(xiàn)高產(chǎn)高效。隨著礦井生產(chǎn)能力的逐步釋放，礦井采掘斜街更加緊張。

（2）優(yōu)化后掘進(jìn)工藝

1307 工作面切眼采用“三·八”制作業(yè)，兩個生產(chǎn)班，一個檢修班。采用EBH-120 型懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)割煤作業(yè)，采用CMM2-15 液壓錨桿鉆車和MQS-50/1.9 型手持氣動幫錨桿鉆機(jī)進(jìn)行支護(hù)作業(yè)。切眼巷道掘進(jìn)時先按照4.5 m 寬沿煤層頂板施工巷道右半部分，割煤進(jìn)尺為2 m，之后退出掘進(jìn)機(jī)組，采用液壓錨桿鉆車進(jìn)行巷道頂板錨桿（索）支護(hù)施工，并采用手持氣動幫錨桿鉆機(jī)進(jìn)行右側(cè)巷幫錨桿施工，左側(cè)巷幫不支護(hù)。切眼右半部分頂板和右側(cè)巷幫支護(hù)完畢后，進(jìn)行切眼巷道左側(cè)2.7 m寬巷道施工，沿煤層頂板，同樣掘進(jìn)2 m 后，退出掘進(jìn)機(jī)組，采用液壓錨桿鉆車進(jìn)行巷道頂板錨桿（索）支護(hù)施工，并采用手持氣動幫錨桿鉆機(jī)進(jìn)行左側(cè)巷幫錨桿施工。整個切眼巷道7.2 m 斷面掘進(jìn)和支護(hù)施工完畢后，方可進(jìn)行下一個循環(huán)的掘進(jìn)施工。每天施工2 個循環(huán)，每個生產(chǎn)班完成1 個循環(huán)施工，循環(huán)進(jìn)度2 m，班進(jìn)度2 m，日進(jìn)度4 m。

2.2 巷道支護(hù)參數(shù)

（1）基礎(chǔ)支護(hù)

① 頂板支護(hù)。右側(cè)4.5 m 寬部分掘進(jìn)后，頂板每排打設(shè)5 根錨桿。錨桿為500 號鋼材的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，直徑22 mm，長2400 mm，間排距為1050 mm×1000 mm。右側(cè)一根距巷幫250 mm，頂角錨桿外偏10°打設(shè)，其余均垂直打設(shè)。錨桿用長4300 mm 的鋼筋梯子梁連接，采用一支Z2360 和一支K2335 的樹脂加長錨固劑，錨固力不小于100 kN，預(yù)緊力距不小于400 N·m。頂板錨索為1×19 股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，直徑22 mm，長8400 mm，采用“三二”布置，排距為1000 mm。布置三根錨索時，間距為1600 mm，右側(cè)一根距巷幫1200 mm；布置兩根錨索時，間距為2000 mm，右側(cè)一根距巷幫2200 mm。采用兩支Z2360 和一支K2335 的樹脂加長錨固，預(yù)緊力不小于250 kN。采用10 號鐵絲編制的金屬菱形網(wǎng)護(hù)頂，網(wǎng)孔規(guī)格為50×50 mm，網(wǎng)片規(guī)格為5000×1100 mm。

左側(cè)2.7 m 寬部分掘進(jìn)后，頂板每排打設(shè)3 根錨桿，與右側(cè)錨桿在一條直線，左側(cè)距巷幫250 mm，外偏10°打設(shè)，并采用長2200 mm 的鋼筋梯子梁連接。其余參數(shù)同右側(cè)頂板錨桿。錨索每排打設(shè)一根，與右側(cè)錨索在一條直線，且呈“四三”布置。錨索參數(shù)同右側(cè)保持一致。網(wǎng)片規(guī)格為2500×1100 mm。頂板支護(hù)如圖2 所示。備口段頂板每排增加2 根錨桿，錨桿型號支護(hù)參數(shù)同頂板。頂板錨索排距為2000 m，與頂板錨索成排布置。

圖2 切眼巷道頂板支護(hù)圖（單位：mm）

② 巷幫支護(hù)。右側(cè)巷幫即老塘側(cè)巷幫每排打設(shè)4 根錨桿，間排距為900×1000 mm。上部一根距頂板150 mm，下部一根距底板150 mm。錨桿型號參數(shù)和錨固方式同頂板，錨固力不小于80 kN，預(yù)緊力距不小于300 N·m。采用規(guī)格為3300×1100 mm的金屬網(wǎng)護(hù)表。如圖3（a）所示。

左側(cè)巷幫即回采側(cè)巷幫每排打設(shè)4 根玻璃鋼錨桿，間排距為800×1000 mm。上部一根距頂板300 mm，下部一根距底板300 mm。采用規(guī)格為3300×1100 mm、承受力為35 kN 的塑料網(wǎng)護(hù)表。如圖3（b）所示。

（2）加強(qiáng)支護(hù)

① 交叉口支護(hù)。13072 巷切眼開口段頂板需進(jìn)行錨索加強(qiáng)支護(hù)，錨索采用“三二”布置，兩側(cè)錨索距巷幫500 mm，中間錨索間隔布置，如圖4 所示。切眼開口施工時，采用單體液壓柱對交叉點(diǎn)加強(qiáng)支護(hù)，打設(shè)位置以不影響機(jī)組倒移及割煤為準(zhǔn)，在13072 巷迎頭及右?guī)驼龑g車硐室口處分別打設(shè)兩根單體柱進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。切眼前四排施工時每排打四根頂錨索，間距1600 mm，距幫1200 mm，之后頂錨索恢復(fù)“四·三”布置，如圖4 所示。

② 臨時單體柱。在距切眼兩側(cè)幫部1000 mm的位置各打設(shè)一根單體柱，柱距2000 mm，最多滯后工作面10 m。機(jī)組轉(zhuǎn)載機(jī)過去后將臨時柱恢復(fù)為永久柱，永久柱距工作面最多不超過35 m，每排2 根，間距為距切眼正中心左右各500 mm，排距2000 mm。隨著備口掘進(jìn)，在備口段沿工作面煤壁線方向打設(shè)一排單體柱加強(qiáng)支護(hù)，柱距2000 mm，共6 根。

圖3 切眼巷道頂板支護(hù)圖（單位：mm）

圖4 切眼交叉口頂板支護(hù)示意圖（單位：mm）

3 應(yīng)用效果

3.1 效率效益分析

以往切眼巷道采用分次掘進(jìn)施工，根據(jù)以往工作面切眼施工經(jīng)驗，同樣斷面尺寸，180 m 長切眼巷道貫通用時約55 d。通過優(yōu)化切眼巷道掘進(jìn)施工工藝，1307 工作面切眼采用分部掘進(jìn)、一次成巷的施工工藝，單循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)尺為2 m，每天進(jìn)尺為4 m，180 m 的切眼巷道貫通用時45 d，相比以往節(jié)約了10 d 時間，施工效率提高18.2%。并且采用分部掘進(jìn)一次成巷的新工藝后，先掘斷面只進(jìn)行單側(cè)巷幫支護(hù)，每米可節(jié)約4 套玻璃鋼錨桿，180 m 長切眼可節(jié)約玻璃鋼錨桿720 套，不僅減少了巷道支護(hù)時間，而且節(jié)省了支護(hù)材料，降低了生產(chǎn)成本。

3.2 圍巖變形分析

1307 工作面切眼巷道掘進(jìn)后，采用十字測點(diǎn)法對巷道圍巖變形進(jìn)行了觀測，巷道頂?shù)装遄畲笠平繛?3 mm，兩幫最大收縮量為119 mm。巷道圍巖變形量不大，且在巷道掘進(jìn)約20 d 后，巷道圍巖變形趨于穩(wěn)定。巷道圍巖變形量如圖5 所示。

圖5 巷道圍巖變形圖