煤礦聯(lián)巷開口快速掘進技術(shù)與施工組織探究
——以2306工作面底抽巷措施巷為例

張崇禮，李金波，任智明，王 輝

(1.新疆工程學院，烏魯木齊 830091；2.神火集團有限公司，河南 永城 476600)

巷道成型控制是強化煤礦安全、保障煤礦生產(chǎn)安全的重要手段。地下煤礦聯(lián)巷開口有三種類型：開口巷道中心線與基礎巷道中心線的夾角大于90°、等于90°、小于90°。傳統(tǒng)掘進工藝施工環(huán)節(jié)較多，組織復雜，危險系數(shù)較高，經(jīng)常發(fā)生事故，且施工效率低，勞動強度大。煤礦聯(lián)巷巷道開口處裸露頂板面積較大，是大斷面巷道、硐室掘進的一種常見形式。必須合理控制聯(lián)巷開口掘進斷面，有效快速組織施工，保證聯(lián)巷開口掘進后頂板得到有效支護，使巷道具有一定承載能力，形成新的應力平衡，確保聯(lián)巷開口掘進施工效率及施工安全。巷道掘進速率影響礦井整體的建設和可持續(xù)生產(chǎn)，為了提高煤礦聯(lián)巷開口掘施工效率，確保安全施工，不僅要對掘進技術(shù)進行優(yōu)化，還應采用合理的支護措施并加強施工組織管理，提高煤礦聯(lián)巷開口巷道的安全穩(wěn)定性[1-6]。

1 工程概況

2306工作面底抽巷與措施巷南鄰2306風巷，北鄰2306機巷，西鄰2306切眼，東鄰2306風巷措施巷。

2306工作面底抽巷掘進范圍處于三維地震勘探范圍內(nèi)，地質(zhì)構(gòu)造相對簡單，煤層瓦斯含量較高。掘進范圍內(nèi)無較大斷層，無巖漿侵入現(xiàn)象，掘進過程中將揭露H=2 m∠65°281°、H=1.4 m∠72°65°、H=1.6 m∠36°288°、H=1.5 m∠44°303°、H=3.5 m∠79°320°等正斷層，受斷層影響，斷層附近煤巖層產(chǎn)狀將會發(fā)生較大變化，且?guī)r性較破碎。巷道掘進范圍內(nèi)，有褶皺構(gòu)造發(fā)育，巖層產(chǎn)狀起伏明顯。

2306工作面底抽巷措施巷水文地質(zhì)較簡單，距L8灰?guī)r含水層60 m，距L12灰?guī)r含水層30 m。其中頂板砂巖含水層對2306工作面掘進施工安全具有較大影響。底抽巷措施巷預想地質(zhì)剖面圖見圖1。

圖1 2306工作面底抽巷措施巷預想地質(zhì)剖面圖

2 掘進施工工藝

巷道采用鉆眼爆破法掘進，使用兩掘一噴作業(yè)方式，選用P-60B耙裝機聯(lián)合皮帶機出矸。支護材料、設備等由東翼軌道大巷進入2306風巷車場，運至掘進工作面。

2.1 鑿巖爆破

鑿巖鉆眼選用YT-28型風動鑿巖機，全斷面一次打眼，裝藥與爆破分次進行。施工工序按照“交接班→安全檢查→背前探梁→打頂錨桿與錨索→打上部眼→扒渣→出渣→打幫錨桿→打下部眼→爆破→初噴→復噴”順序進行。

巷道斷面設計為直墻半圓拱，爆破采用掏槽眼為楔形掏槽方式的光面爆破。施工時周邊眼位于巷道設計輪廓線以里約50 mm，炮后用風鎬、洋鎬等將巷道擴刷至設計尺寸，每炮循環(huán)進度不超過2.1 m。為控制巷道成型和爆破效果，周邊眼眼距設計成400 mm，輔助眼及底眼眼距設計成500 mm，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況適當調(diào)整。打眼工序完成后的裝藥結(jié)構(gòu)詳見圖2。

圖2 裝藥結(jié)構(gòu)圖

2.2 裝載及運輸

爆破巖石裝載機械采用P-60B型耙裝機，耙裝機安裝在掘進工作面50 m以內(nèi)的位置，用4根地錨將耙裝機固定在底板，用吊掛錨桿，將耙裝機尾部吊掛在頂板上，以確保設備牢固可靠。采用P-60B耙裝機耙矸聯(lián)合膠帶輸送機排渣運輸。

矸石運輸路線根據(jù)底抽巷車場形成前后分為兩個不同路線，其中2306工作面底抽巷車場形成前為地面→副井→井底車場→東翼軌道大巷→2306風巷車場→2306工作面底抽巷措施巷。2306工作面底抽巷車場形成后為地面→副井→井底車場→東翼軌道大巷→2306工作面底抽巷車場→2306工作面底抽巷。

溜煤嘴形成前出矸(煤)路線：掘進工作面→2306風巷溜煤嘴→2306底抽巷東段措施巷→2306底抽巷溜煤嘴→膠帶巷→煤倉→主井→地面。

溜煤嘴形成后出矸(煤)路線：掘進面→2306工作面底抽巷回風巷→2306工作面底抽巷溜煤嘴→2306底抽巷東段措施巷→2306底抽巷東段溜煤眼→膠帶大巷→主井煤倉→主井→地面。

2.3 管線鋪設和煤層防突措施

2306工作面底抽巷措施巷開口設置風水閥門，4吋風管、水管，接至巷道左幫延伸至掘進工作面，掘進工作面安裝風水閥門，風、水管吊掛高度距底板不低于1.8 m。動力、照明、監(jiān)測電纜線吊掛在巷道中間，監(jiān)測線與電纜線間隔不小于300 mm，距底板不低于1.8 m。Ф800 mm阻燃風筒使用Ф7.7 mm鋼絲繩吊掛在巷道的右?guī)?，吊掛高度距底板不低?.8 m。

3 支護設計

3.1 按懸吊理論設計錨桿支護參數(shù)

錨桿長度計算依據(jù)：

L=K·H+L1+L2

式中：L—錨桿長度(m)，H—不穩(wěn)定巖層厚度(m)，其中：H=0.47，L1取0.5 m，L2取0.04 m，K取2。

則：L=2×0.47+0.5+0.04=1.48 m。

錨桿的間距與排距計算：

設計錨桿間距為a，排距也為a，那么通過公式：

式中：a—錨桿間、排距(m)，Q—100 kN/根，H—取0.44 m，γ—被懸吊巖體的容重，取25.48 kN/m3，K—取2。

則a=2.11 m。

錨桿直徑計算：

式中：d—錨桿直徑，Q—錨桿設計錨固力，取100 kN，σt—該巷道使用的是螺紋鋼金屬錨桿，抗拉強度取335 MPa。

經(jīng)計算，結(jié)合經(jīng)驗對比，頂板錨桿采用Φ20 mm×2 200 mm的螺紋鋼金屬錨桿施工，錨桿間排距設計為700×700 mm。

3.2 錨索間距的校核

按組合梁懸吊理論，結(jié)合地質(zhì)鉆孔柱狀圖綜合分析，直接頂無堅硬巖層，為采用Φ18.9 mm×8 000 mm的鋼絞線，將錨桿加固的組合梁懸吊于堅硬巖層中，校核錨索間距，計算錨索間距公式：

式中：L-錨索間距，B-最大冒落寬度，2306工作面底抽巷、措施巷寬度設為4.7 m，H-冒落高度，取1.7 m，γ-25.48 KN/m3，L1-排距取0.7 m，F(xiàn)1-錨桿錨固力，100 kN，F(xiàn)2-錨索極限承載力，取320 kN，θ-錨桿與巷道頂板夾角，75°，n-錨索排數(shù)，取1，得4.38 m。

所以，措施巷及車場設計錨索間排距為1 500×2 000 mm，間排均小于4.38 m，所選錨索參數(shù)及間排距滿足設計要求。

根據(jù)以上計算過程，得出2306工作面底抽巷巷道支護設計：采用Φ20×2 200 mm的螺紋鋼金屬錨桿支護幫、頂，間排距為700×700 mm，錨索采用Φ18.9 mm×8 000 mm的鋼絞線，間排距為1 500×2 000 mm。

3.3 巷道支護形式及參數(shù)確定

根據(jù)計算及鄰近開掘巷道資料，得出此巷道采用錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+噴漿聯(lián)合支護。錨桿采用Φ20×2 200 mm螺紋鋼金屬錨桿，托盤采用140×140×10 mm金屬托盤，錨桿外露長度10～50 mm，每根錨桿使用3支錨固劑，間排距為700×700 mm。金屬網(wǎng)采用Φ6 mm圓鋼點焊而成，規(guī)格為2 000×900 mm，網(wǎng)格100×100 mm，網(wǎng)片搭接長度為100～200 mm，網(wǎng)片壓茬，綁扎間距大于等于100 mm。錨索采用Φ18.9×8 000 mm的鋼絞線，托盤規(guī)格300×300×20 mm，間排距為1 500×2 000 mm，3根一排，每根使用錨固劑6支，外露長度在150～250 mm。措施巷及車場做強度C20厚度50 mm的噴射砼與噴漿支護。

4 結(jié)語

對于地質(zhì)構(gòu)造簡單、水文地質(zhì)條件相對較簡單，且煤層瓦斯含量高的煤礦回采工作面，在回采工作面底抽巷措施巷等掘進與支護施工過程中，提出了聯(lián)巷開口快速掘進技術(shù)、巷道支護設計及施工工藝新方法。為煤礦聯(lián)巷開口快速掘進、巷道穩(wěn)定以及礦井安全高效生產(chǎn)奠定了基礎，為礦井的生產(chǎn)管理提供了可靠的安全保障，對同類型地質(zhì)條件的礦山巷道施工具有一定借鑒意義。