極近距離煤層采空區(qū)下切巷施工工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

徐 亮

（大同煤礦集團(tuán)云崗礦，山西 大同037017）

0 引 言

在煤炭開采過程中，為了減小切巷作業(yè)對(duì)巷道頂板產(chǎn)生的影響，需要對(duì)原有的工作面進(jìn)行切巷擴(kuò)幫支護(hù)。云岡礦81001 巷位于410 盤區(qū)12-2＃層，北部為21001 巷和51001 巷，西部為正在開采的81003 工作面，東部為410-1 軌、皮、回三條盤區(qū)巷道，南部區(qū)域未開拓。在擴(kuò)幫過程中，由于巷道兩幫跨度過大、頂板長(zhǎng)時(shí)間處于暴露狀態(tài)，使用傳統(tǒng)的一次擴(kuò)巷技術(shù)在擴(kuò)幫時(shí)很難保證頂板的穩(wěn)定性不受影響，而且傳統(tǒng)的擴(kuò)幫技術(shù)也給巷道通風(fēng)和運(yùn)輸帶來安全影響，造成設(shè)備安裝困難[1]，因此，研究81001 巷道的施工技術(shù)，切實(shí)解決近距離煤層采空區(qū)下切巷施工中存在的問題，提高礦井煤炭資源的回收率。

1 礦井概況

81001 切巷位于12-2#層410 盤區(qū)，設(shè)計(jì)長(zhǎng)132m，規(guī)格為6.2m×2.8m，掘進(jìn)方向是從東北向西南方向，以265°10′的方位角向前掘進(jìn)，切巷的煤層厚度為2.5～3.2m，平均厚度為2.8m，局部含0.1～0.5m的夾石；直接頂為煤層厚度1.0m 的灰色粉細(xì)砂巖；直接底為煤層厚度0.7m 的深灰色粉砂巖。工作面上覆3#層、8#層、12#層。12-2#煤層距離3#煤層的平均間距為128m，距離8#煤層的平均間距為74m，12-2#層81001 工作面為極近距離煤層工作面，與上覆12#煤層層間距為1.8～2.3m，且81001 切巷恰好位于上覆81035 采空區(qū)下方，層間距僅2.0m 左右。其頂?shù)装鍘r性見表1。

2 施工技術(shù)分析

2.1 小循環(huán)擴(kuò)幫技術(shù)

在對(duì)巷道進(jìn)行擴(kuò)幫時(shí)，一般采用小循環(huán)的方式[2]，每擴(kuò)幫1m，便用錨桿和鋼帶組合支護(hù)一次，然后再用采煤機(jī)和輸送機(jī)進(jìn)行擴(kuò)幫作業(yè)，這種擴(kuò)幫技術(shù)所使用的支護(hù)材料成本比較低，受開采的影響，在煤層間距較小時(shí)，巖層出現(xiàn)局部破碎，錨桿錨固力不能將巖層組合在一起，因而支護(hù)作用受到限制，安全系數(shù)大大降低，不能保證巷道頂板的穩(wěn)定性。

表1 頂?shù)装鍘r性

2.2 注漿加固技術(shù)

通常采用注漿加固、掘進(jìn)、安裝的技術(shù)對(duì)采空區(qū)下切巷進(jìn)行擴(kuò)幫，先用水泥和水玻璃漿混合，對(duì)大孔隙進(jìn)行注漿加固，增加圍巖的強(qiáng)度，然后進(jìn)行化學(xué)注漿[3]，將小孔隙進(jìn)行填充，以提高圍巖的黏性，在擴(kuò)幫后進(jìn)行錨索加固，以增強(qiáng)頂板的強(qiáng)度，但是整體支護(hù)費(fèi)用和注漿費(fèi)用較高，工期也較長(zhǎng)，在實(shí)際中不便進(jìn)行推廣。

2.3 機(jī)掘正巷及擴(kuò)幫技術(shù)

針對(duì)81001 工作面煤層特點(diǎn)，對(duì)切巷小斷面進(jìn)行機(jī)掘貫通，然后正巷擴(kuò)幫，同時(shí)采用錨桿+錨索+四腿雙梁鋼棚/雙腿單梁棚+金屬片網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方式進(jìn)行施工，在對(duì)巷道施工過程中，確保支架和輸送機(jī)的正確連接，使支架安裝位置精確，保證頂板的穩(wěn)定性，提高施工效率，解決切巷擴(kuò)幫中支架難以安裝的難題，保障擴(kuò)幫方案安全高效地實(shí)施。

通過對(duì)以上3 種方案的對(duì)比，確定采用機(jī)掘正巷及擴(kuò)幫技術(shù)對(duì)81001 切巷進(jìn)行施工。

3 施工工藝技術(shù)

3.1 炮掘30m 機(jī)窩施工工藝

由于切巷煤層之間的間距較小，為了將爆破對(duì)頂板產(chǎn)生的影響降到最低，采用掘進(jìn)機(jī)對(duì)巷道進(jìn)行施工，在施工前，要先對(duì)掘進(jìn)機(jī)施工機(jī)窩，本次以切巷南幫作為基準(zhǔn)斷面，對(duì)機(jī)窩炮掘30m。

3.2 小斷面機(jī)掘貫通施工工藝

在對(duì)機(jī)窩炮掘完成后，采用EBZ-230 掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行割煤，采用膠帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行運(yùn)煤，對(duì)頂部的錨桿和錨索采用MQT 型風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行打孔裝配，沿煤層頂板向前掘進(jìn)，掘進(jìn)過程中，嚴(yán)格控制巷道的高度，避免巷道過高或過低[4]。具體掘進(jìn)施工工藝如圖1 所示，巷道斷面寬度為4.2m，每排支護(hù)4 根螺紋鋼錨桿，排間距小于700mm×900mm，使用120mm×120mm 小墊和螺帽擰緊錨桿，確保錨桿露在外面的長(zhǎng)度在10～50mm 之間，錨孔的深度為1 710mm，每根錨桿至少使用2 根樹脂，盡量實(shí)現(xiàn)全長(zhǎng)錨固，要求錨桿的預(yù)緊力為200N·m，錨固力大于110kN。

圖1 掘進(jìn)施工工藝

3.3 大斷面機(jī)窩炮掘擴(kuò)幫施工工藝

在對(duì)小斷面切巷貫通后，采用機(jī)掘機(jī)組進(jìn)行正巷擴(kuò)幫施工，對(duì)機(jī)窩段進(jìn)行炮掘，將機(jī)窩段的四腿雙粱棚改為全斷面的四腿雙粱棚，以確保機(jī)窩處皮帶頭的正常運(yùn)行。

3.4 大斷面正巷機(jī)掘擴(kuò)幫施工工藝

在機(jī)窩段施工完成后，掘進(jìn)機(jī)組處于正常運(yùn)行，采用機(jī)掘機(jī)組進(jìn)行正巷擴(kuò)幫施工。由于全斷面的四腿雙梁棚較長(zhǎng)，而巷道內(nèi)的運(yùn)輸機(jī)等設(shè)備比較多，無法在巷道內(nèi)施工，因此將小斷面四腿雙梁棚與雙腿單梁棚相結(jié)合，采用相互交錯(cuò)的布置方式，將已掘進(jìn)巷道的鋼帶與四眼鋼帶搭接起來，配合螺紋鋼錨桿及鋼筋片網(wǎng)對(duì)頂板進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，將已掘進(jìn)巷道的四腿雙梁鋼棚和單腿單梁鋼棚相互交錯(cuò)，使整個(gè)鋼棚呈梯形結(jié)構(gòu)，對(duì)巷道的頂板進(jìn)行雙重支護(hù)。擴(kuò)幫施工具體工藝如圖2 所示。

圖2 擴(kuò)幫施工具體工藝

4 應(yīng)用分析

將機(jī)掘正巷及擴(kuò)幫技術(shù)在12-2#層410 盤區(qū)81001 工作面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，成功圈定了面長(zhǎng)132m，走向長(zhǎng)465m 的工作面，開采煤炭資源約16.5 萬t，如果每噸煤按100 元的收益來計(jì)算，則該工作面約收益1 650 萬元，巷道掘進(jìn)等花費(fèi)的成本約138 萬元，共計(jì)收益1512 萬元，為極近距離采空區(qū)掘進(jìn)切巷擴(kuò)幫提供了參考。

5 結(jié) 論

為減小切巷施工作業(yè)對(duì)巷道頂板產(chǎn)生的影響，保證擴(kuò)幫期間頂板的穩(wěn)定性，以云岡礦12-2#層410 盤區(qū)81001 巷采空區(qū)下切巷擴(kuò)幫為研究對(duì)象，提出一種機(jī)掘正巷及擴(kuò)幫施工技術(shù)，結(jié)果如下：

1）利用機(jī)掘正巷及擴(kuò)幫技術(shù)，通過打淺眼、少裝藥、放小炮爆破技術(shù)順利施工掘進(jìn)機(jī)窩，避免了炮掘時(shí)對(duì)巷道頂板產(chǎn)生的影響，解決了極近距離采空區(qū)下切巷支架安裝困難的難題。

2）利用錨桿+錨索+四腿雙梁鋼棚/雙腿單梁棚+鋼筋片網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方式，為掘進(jìn)機(jī)和支架等設(shè)備提供了作業(yè)空間，將小斷面四腿雙梁棚與雙腿單梁棚相結(jié)合，采用相互交錯(cuò)的布置方式，實(shí)現(xiàn)短掘進(jìn)短支護(hù)，避免因全斷面四腿雙梁棚梁長(zhǎng)過長(zhǎng)而難以支護(hù)的問題，保證了支護(hù)效果，減少了頂板暴露時(shí)間，提高了頂板的穩(wěn)定性。

3）機(jī)掘正巷及擴(kuò)幫技術(shù)在81001 工作面施工中取得了良好的應(yīng)用效果，為極近距離煤層采空區(qū)掘進(jìn)切巷擴(kuò)幫提供了借鑒。