機(jī)頭硐室擴(kuò)刷分析及圍巖控制技術(shù)

王潞潞

（山西蘭花沁裕煤礦有限公司，山西 晉城 048212）

在我國(guó)生產(chǎn)礦井機(jī)械化開采程度不斷加速的當(dāng)下，開采深度逐漸向深部資源擴(kuò)進(jìn)。同時(shí)，機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備也在向大型化、自動(dòng)化的方向開發(fā)。而位于開采煤層底部的膠帶輸送機(jī)機(jī)頭硐室，因巷道兩側(cè)的采動(dòng)頻繁，導(dǎo)致硐室所受圍巖應(yīng)力出現(xiàn)不規(guī)律的增大現(xiàn)象，必須經(jīng)過合理的錨(索)網(wǎng)噴支護(hù)設(shè)計(jì)，才能對(duì)圍巖變形起到有效的抑制作用[1-2]。

1 機(jī)頭硐室地質(zhì)工程條件

沁裕煤礦位于晉城市沁水縣。目前開采2號(hào)煤層，見圖1，根據(jù)鉆探數(shù)據(jù)顯示，煤層底板以砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，由植物碎屑腐爛變質(zhì)形成，天然抗壓強(qiáng)度為8.0～10.5MPa，平均為9.0MPa，并且吸水率較高，達(dá)到5.16%。因此在資源開采過程中受地下水的侵入，會(huì)造成巖石軟化的現(xiàn)象，引起“底鼓”現(xiàn)象。

圖1 地質(zhì)柱狀圖

2號(hào)煤層膠帶機(jī)頭硐室在2煤煤倉(cāng)上部西北方向，開口位置在2 號(hào)煤倉(cāng)上口+710 水平，隨著開采深度的推進(jìn)，將對(duì)礦井整合后新開拓巷道——2號(hào)煤膠帶機(jī)頭硐室進(jìn)行擴(kuò)刷工程的施工[3]。

2 擴(kuò)刷施工

沁裕煤礦為了滿足產(chǎn)能要求及生產(chǎn)的順利銜接，設(shè)計(jì)對(duì)2 號(hào)煤膠帶機(jī)頭硐室進(jìn)行長(zhǎng)度總計(jì)66m 的擴(kuò)刷。施工分三步進(jìn)行：前22m 初期按方位角332°進(jìn)行擴(kuò)刷；之后將坡度調(diào)整為-3°，施工11m；最后更改為矩形斷面施工33m后進(jìn)入2煤倉(cāng)膠帶大巷。

2.1 施工工藝

沁裕煤礦2 號(hào)煤膠帶機(jī)頭硐室采用EBZ160 型掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行擴(kuò)刷施工掘進(jìn)，箕斗排矸，保證巷道規(guī)格達(dá)到設(shè)計(jì)要求。采用掘錨分層作業(yè)、掘噴平行施工的方案進(jìn)行。

掘進(jìn)機(jī)截割頭由巷道上部進(jìn)刀，截割速度0.8m/刀，通過在巷道內(nèi)的弧形擺動(dòng)截割，對(duì)周邊預(yù)留0.25m 左右的煤（巖）。往復(fù)作業(yè)直至硐室初步成型后，對(duì)周邊進(jìn)行修復(fù)。

在對(duì)煤層進(jìn)行截割時(shí)，先用掘進(jìn)機(jī)割上部煤，高度2.5m，割出循環(huán)進(jìn)度后，完成頂部錨桿、錨索、幫部上部一根錨桿支護(hù)。用掘進(jìn)機(jī)割下部煤，完成幫部錨桿支護(hù)。以此方法循環(huán)截割[4]。

2.2 施工準(zhǔn)備

在進(jìn)行擴(kuò)刷工程之前，施工人員和管理人員需對(duì)設(shè)計(jì)圖紙和作業(yè)規(guī)程進(jìn)行認(rèn)真的學(xué)習(xí)審閱，并組織測(cè)量人員對(duì)各接點(diǎn)做好復(fù)測(cè)、復(fù)查工作。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)滿足“四通一平”的基本條件后，施工單位可根據(jù)施工需要，充分利用施工點(diǎn)附近設(shè)置的臨時(shí)配電室及壓風(fēng)機(jī)房、材料庫(kù)房、砂石料場(chǎng)、安裝照明、通訊、信號(hào)等設(shè)施進(jìn)行施工準(zhǔn)備。

2.3 施工流程

在進(jìn)行擴(kuò)刷時(shí)，需要對(duì)巷道兩幫進(jìn)行敲幫問頂和安全檢查工作，具體流程如下：工程質(zhì)量檢查→斷面輪廓線→割上半部（出煤、備料）→退機(jī)→臨時(shí)支護(hù)→打頂錨桿（錨索）→拉線檢查→割下半部（刷幫、清底）→檢查斷面尺寸→打幫錨桿→驗(yàn)收合格→進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

3 硐室礦壓監(jiān)測(cè)及支護(hù)

3.1 硐室擴(kuò)刷變形分析

沁裕礦膠帶大巷機(jī)頭硐室在擴(kuò)刷過程中，巷道斷面會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則的變形：巷道兩幫收緊，頂板下沉，底板出現(xiàn)鼓起甚至是裂縫。更嚴(yán)重的是局部地段甚至有垮冒的風(fēng)險(xiǎn)。分析認(rèn)為，造成沁裕礦膠帶大巷機(jī)頭硐室礦壓增大的原因主要有以下三點(diǎn)：

（1）硐室擴(kuò)刷會(huì)造成斷面面積的增大，巷道圍巖應(yīng)力會(huì)快速釋放從而造成圍巖變形。巷道斷面的擴(kuò)刷會(huì)改變固有應(yīng)力的分布，導(dǎo)致應(yīng)力系數(shù)增加。當(dāng)應(yīng)力集中水平持續(xù)增高時(shí)，會(huì)對(duì)巷道圍巖產(chǎn)生明顯破壞。

（2）巷道兩幫易受采動(dòng)影響，造成局部擠壓。掘進(jìn)機(jī)在進(jìn)行截割作業(yè)時(shí)，巷道壓力會(huì)向兩幫擠壓造成變形，導(dǎo)致巷道兩幫劇烈收斂，而收斂后的兩幫對(duì)頂板的承載能力將發(fā)生降低，頂板的沉降進(jìn)一步加速。

（3）巷道支護(hù)和維護(hù)的難度增大。硐室擴(kuò)刷將造成巷道支護(hù)和維護(hù)的困難增大，部分區(qū)域只用錨桿、錨網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，而如果錨桿索間排距不標(biāo)準(zhǔn)便會(huì)導(dǎo)致錨固承載結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，繼而無法與圍巖共同抵抗上部巖體的載荷，造成巷道變形。

3.2 巷道支護(hù)

根據(jù)對(duì)巷道變形規(guī)律的分析，2號(hào)煤層膠帶機(jī)頭硐室的擴(kuò)刷工程對(duì)錨桿索長(zhǎng)度、間排距以及預(yù)緊力的要求較高，普通支護(hù)方案難以形成有效支護(hù)。因此對(duì)采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)，鋪地及基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度為C30，預(yù)留孔二次澆灌混凝土強(qiáng)度為C40。

錨桿施工方面：選用MYT-130鉆機(jī)兩臺(tái)，錨桿長(zhǎng)18m/根、錨索3.2m/根，以小于75°為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工。從而確保錨桿可以錨固在彈性區(qū)的穩(wěn)定巖體內(nèi)，阻止裂隙進(jìn)一步向巷道深部發(fā)育。

混凝土施工方面：錨桿鉆進(jìn)及應(yīng)力集中壓迫時(shí)，圍巖標(biāo)體會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則的裂隙，為了防止圍巖風(fēng)化或受潮，需要及時(shí)對(duì)巷道表面進(jìn)行混凝土噴層處理。噴層可以增加圍巖強(qiáng)度，使應(yīng)力集中區(qū)域均勻分布，并結(jié)合錨桿支護(hù)可以間接地對(duì)巷道抗彎曲和變形的能力起到補(bǔ)強(qiáng)作用。初步設(shè)計(jì)噴射混凝土強(qiáng)度為C30，保證激光指向儀指向正確，無中線不準(zhǔn)割煤。

3.3 砼底板施工方法

在對(duì)2號(hào)煤膠帶機(jī)頭硐室進(jìn)行鋪底施工時(shí)，在施工巷道成型后，在巷道施工完成后采用一次性由里到外的方式進(jìn)行鋪底。具體步驟如下：首先，需按照設(shè)計(jì)坡度進(jìn)行放線支模，水溝使用槽鋼支模，模板在支設(shè)過程中保持平穩(wěn)，避免偏斜、漏漿的情況出現(xiàn)；其次，采用人工進(jìn)行攤鋪砼，路拱成型后用鐵鍬反扣進(jìn)行整平，防止混凝土拌合物離析；再次，進(jìn)行混凝土的攪拌工作，用機(jī)械方式分層振搗，在此過程中保持均勻；然后，再用2.2kW 的平板振搗器縱橫交錯(cuò)全面振搗，重疊100～200mm，然后用振動(dòng)梁振動(dòng)拖平并進(jìn)行找平；最后，砼澆筑完成后，沿橫坡方向拉毛，深度為1～2mm，在砼強(qiáng)度未超過40%以前不可踩踏。

4 安全管理措施

4.1 掘進(jìn)機(jī)啟動(dòng)、停止的相關(guān)規(guī)定

掘進(jìn)機(jī)的啟動(dòng)：?jiǎn)?dòng)機(jī)組時(shí)，必須由機(jī)組司機(jī)進(jìn)行操作，按下啟動(dòng)按鈕后，機(jī)組發(fā)出3～5s 的預(yù)警鈴聲信號(hào)，同時(shí)機(jī)組前后方照明燈亮起。然后根據(jù)需求依次啟動(dòng)轉(zhuǎn)載、油泵、截割頭進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。在此期間，機(jī)組司機(jī)必須確認(rèn)機(jī)組前后及兩側(cè)機(jī)組擺動(dòng)范圍內(nèi)沒有人員的情況下方可進(jìn)行啟動(dòng)。如發(fā)現(xiàn)異常情況，必須及時(shí)停止啟動(dòng)，閉鎖電源。

掘進(jìn)機(jī)的止停：機(jī)組的停機(jī)閉鎖鍵共3 個(gè)，分別位于機(jī)組左側(cè)油系電機(jī)旁尾部后支撐平臺(tái)上，機(jī)組轉(zhuǎn)載機(jī)尾架上，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)異常情況可以立即閉鎖就近范圍內(nèi)的閉鎖鍵，停機(jī)閉鎖后進(jìn)行處理。

4.2 轉(zhuǎn)載機(jī)啟動(dòng)、停止的相關(guān)規(guī)定

轉(zhuǎn)載機(jī)啟動(dòng)前，要觀察轉(zhuǎn)載周圍是否有人員站位不當(dāng)，轉(zhuǎn)載膠帶機(jī)應(yīng)確保完好，托輥齊全，轉(zhuǎn)載機(jī)的膠帶和接口無破裂，膠帶松緊程度適當(dāng)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。轉(zhuǎn)載機(jī)啟動(dòng)后，要先進(jìn)行空轉(zhuǎn)，確保轉(zhuǎn)載機(jī)不存在跑偏、磨帶等現(xiàn)象。在轉(zhuǎn)載機(jī)操作停止后，將轉(zhuǎn)載開空后按順序進(jìn)行停機(jī)并閉鎖，炮頭上好護(hù)罩。

4.3 皮帶運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)、停止的相關(guān)規(guī)定

皮帶運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)前：聽清信號(hào)后，先點(diǎn)動(dòng)皮帶，再開啟皮帶。司機(jī)站位正確，做到眼不離機(jī)頭、手不離開關(guān)。皮帶運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)后：觀察運(yùn)轉(zhuǎn)情況，注意皮帶運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)跑偏、憋煤等要及時(shí)停機(jī)處理。發(fā)現(xiàn)雜物、鐵器以及塊徑為300mm的矸塊時(shí)，停機(jī)撿出處理。根據(jù)煤的濕潤(rùn)情況開機(jī)開水(噴霧)，停機(jī)必須停水(噴霧)皮帶運(yùn)輸機(jī)停機(jī)：皮帶開空后，將開關(guān)停電并閉鎖。皮帶機(jī)頭、固定架以及上一部設(shè)備機(jī)尾浮煤、雜物要及時(shí)清理干凈，達(dá)文明生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

4.4 其他工序的安全操作

在硐室擴(kuò)刷施工交接班時(shí)，要嚴(yán)格按照交接班制度進(jìn)行作業(yè)，由班組長(zhǎng)負(fù)責(zé)安全檢查工作，保證工作面不留安全隱患。在進(jìn)行敲幫問頂工作時(shí)須安排經(jīng)驗(yàn)豐富的工作人員進(jìn)行操作，并對(duì)錨桿錨索布置及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)。

5 結(jié)束語

針對(duì)沁裕礦運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭硐室擴(kuò)刷的施工，根據(jù)圍巖受壓的特征，對(duì)巷道圍巖頂?shù)装寮皟蓭褪Х€(wěn)破壞的原因進(jìn)行了理論分析。最終提出錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)的技術(shù)，輔助以混凝土噴層，通過相應(yīng)的安全技術(shù)措施的提出，為硐室的擴(kuò)刷全過程提供了安全保障。