深部開拓巷道揭煤施工支護(hù)技術(shù)

崔 崢

(山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責(zé)任公司，山西 沁水048214)

0 引言

在揭煤施工的過(guò)程中，深部開拓巷道會(huì)受到圍巖條件與高地應(yīng)力改變的作用，掘進(jìn)以及支護(hù)往往難以實(shí)現(xiàn)，通常會(huì)出現(xiàn)巷道變形量大、圍巖脫落、冒頂片幫等問(wèn)題。不僅會(huì)對(duì)施工進(jìn)度產(chǎn)生影響，而且對(duì)煤礦安全生產(chǎn)產(chǎn)生極大的影響［1］。某礦巖巷段在揭煤施工過(guò)程中，按照施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況，選擇了科學(xué)合理的支護(hù)方式，使得煤巖冒落得到有效控制，并且使深部巷道快速安全的揭露煤層，最終使巷道快速安全地穿越煤層。這種技術(shù)在實(shí)踐中取得非常不錯(cuò)的成效，值得推廣。

1 揭煤施工工作面簡(jiǎn)介

1.1 巷道巖巷段地質(zhì)基本狀況

在實(shí)際考察中，發(fā)現(xiàn)工作面巷道巖巷段埋深超過(guò)700 m，斷面是半圓拱形，其面積為14.0 m2，長(zhǎng)度62.2 m，并且其在工作面掘進(jìn)、通風(fēng)、煤炭運(yùn)輸?shù)确矫鎽?yīng)用。

1.2 施工技術(shù)與相關(guān)設(shè)備

巷道施工主要通過(guò)鉆眼爆破法進(jìn)行，光面爆破方法確保附近成型。施工采用的相關(guān)設(shè)備有:YTP-26 型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)配釬頭打進(jìn)尺眼;爆破通過(guò)水膠炸藥進(jìn)行，MFB150 -3 隔爆型發(fā)爆器引爆;錨網(wǎng)噴作永久支護(hù)，“DWB28 -30/100 輕型單體液壓支柱+π 型梁”作臨時(shí)支護(hù);裝矸工作主要是通過(guò)P-90B 型耙裝機(jī)進(jìn)行;運(yùn)矸工作主要是通過(guò)DSJ80 -2 ×75 kW 膠帶輸送機(jī)進(jìn)行。

頂板距二煤層底板＜1.5 m 的時(shí)候，通過(guò)打淺眼放小炮法來(lái)降低爆破對(duì)附近巖層的破壞，循環(huán)進(jìn)尺減小到0.7 m，施工主要通過(guò)“一掘一錨，三掘一噴”模式進(jìn)行。按照現(xiàn)場(chǎng)煤層的實(shí)際硬度，炮眼裝藥可減少至1/2，確保巷道形狀。

2 深部開拓巷道揭煤施工支護(hù)技術(shù)

2.1 超前支護(hù)技術(shù)

1)1.8 m，縫寬15 mm，安裝錨桿主要通過(guò)YTP-26 型氣腿式鑿巖機(jī)與釬頭進(jìn)行。

2)相關(guān)參數(shù)。①孔徑。施工過(guò)程中，錨桿孔徑必須比其管徑小。錨桿推進(jìn)鉆好的孔之后就能夠和孔壁產(chǎn)生緊密擠壓，接著將在桿體形成錨固力，能夠主動(dòng)支護(hù)煤巖體，支護(hù)非常迅速同時(shí)效果非常理想，在很大程度上降低了巷道變形量的維修任務(wù)。②角度。角度是否合適與施工的效果密切相關(guān)。施工過(guò)程中應(yīng)當(dāng)將錨桿安裝角度控制好，太大或者太小都會(huì)影響施工效果。如果太大，其超前支護(hù)區(qū)域?qū)⒆冃?，無(wú)法有效控制巷道拱部煤巖，造成不利影響;如果太小，在爆破掘進(jìn)過(guò)程中，錨桿非常容易被震落，可能對(duì)接下來(lái)的迅速支護(hù)產(chǎn)生不利影響。施工過(guò)程中，將錨桿安裝于巷道拱頂上部位置，其和巷道坡度的仰角保持在5°～6°范圍內(nèi)，護(hù)頂結(jié)構(gòu)為傘狀。施工過(guò)程中仰角偏差應(yīng)當(dāng)適中，從而能夠充分保證支護(hù)區(qū)域以及接下來(lái)的支護(hù)工作能夠順利進(jìn)行。③間距。施工中的間距必須精準(zhǔn)。在進(jìn)行超前支護(hù)的過(guò)程中，錨桿主要根據(jù)某一間距平均分布［2］。其間距主要是按照現(xiàn)場(chǎng)煤巖層具體狀況而定。當(dāng)煤巖層相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)候，其間距定為500 mm;當(dāng)煤巖層破碎的時(shí)候，將其間距定為300 mm，并且需要提高其數(shù)量。④控頂長(zhǎng)度。施工要求控頂?shù)拈L(zhǎng)度一定要超過(guò)各循環(huán)掘進(jìn)長(zhǎng)度至少400 mm。施工過(guò)程中，循環(huán)進(jìn)尺是0.8 m，爆破后錨桿依舊有大約1 m 的長(zhǎng)度插到迎頭沒(méi)有挖開的煤巖體里面，產(chǎn)生相應(yīng)的錨固力。安裝錨桿的時(shí)候，其尾部早就穿過(guò)錨網(wǎng)支護(hù)的金屬網(wǎng)格，同時(shí)通過(guò)雙股鋅鐵絲使它和金屬網(wǎng)緊密相連，以此來(lái)充分確保頂部煤巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 臨時(shí)支護(hù)技術(shù)

工作面迎頭每推進(jìn)一循環(huán)的掘進(jìn)長(zhǎng)度，在超前支護(hù)效果良好的條件下，都應(yīng)該遵循“敲幫問(wèn)頂”原則，將那些活矸危石處理之后進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，主要以“DWB28 -30/100 輕型單體液壓支柱+π 型梁”來(lái)進(jìn)行。然后打頂幫錨桿眼，裝上錨桿，并盡快進(jìn)行掛網(wǎng)。施工過(guò)程中主要用了兩組臨時(shí)支護(hù)，距離是1 400 mm，對(duì)稱分布于巷道的兩邊。每組順著巷道掘進(jìn)方向安裝DWB28-30/100 輕型單體液壓支柱2 根與π 型梁1 根，π 型梁上的2根單體柱距離1 400 mm，距π 型梁兩端都是200 mm。這樣可以保證施工效果。

2.3 永久支護(hù)技術(shù)

1)錨網(wǎng)噴支護(hù)。①原理。支護(hù)主體是錨桿，迅速對(duì)其進(jìn)行安裝，同時(shí)加上相對(duì)偏大的預(yù)拉力，使它主動(dòng)承載巷道揭煤圍巖，以控制好圍巖的深度變形，使其保持穩(wěn)定;錨桿安裝過(guò)程中整個(gè)斷面配備金屬網(wǎng)片，避免出現(xiàn)片幫與頂幫煤脫落問(wèn)題;利用噴漿將圍巖封閉，避免表層巖石風(fēng)化，使錨桿彼此間能夠緊密相連，提高其整體效果。②相關(guān)參數(shù)。頂錨與幫錨是左旋螺紋鋼，分別是φ20 mm 與φ18 mm，長(zhǎng)2. 2 m;各頂錨桿使用MSCK2350 與MSM2350 樹脂錨固劑各1 支;各幫錨桿使用MSM2350 樹脂錨固劑2 卷;所用鐵托盤長(zhǎng)、寬分別為50 mm 和150 mm;頂錨與幫錨錨固力分別超過(guò)120 kW 和100 kW，兩者的預(yù)緊力矩分別處于250～300 N·m 和200～240 N·m 范圍;錨桿間排距800 mm×800 mm，網(wǎng)格100 mm ×100 mm，材料為6 mm 鋼筋，網(wǎng)幅2 000 mm×1 000 mm;使用425 普通硅酸鹽水泥，中粗砂;碎石徑8 mm 左右;使用4%(水泥的)的782 -3 型速凝劑;石子、砂子、水泥比例為2 ∶2 ∶1，構(gòu)成C15 級(jí)混凝土。

2)錨索加強(qiáng)支護(hù)。通過(guò)錨索把錨桿承載結(jié)構(gòu)和深部圍巖兩者連接起來(lái)，后者不僅對(duì)淺部圍巖的支護(hù)載荷進(jìn)行承載，而且還防止其變形，保持頂板處于穩(wěn)定狀態(tài)。揭煤期間，錨索緊跟迎頭施工。在施工過(guò)程中，使用的錨索材料是鋼絞線，其間排距是1 600 mm×1 600 mm，通過(guò)錨索張拉機(jī)將其張緊，錨固力與預(yù)應(yīng)力分別≥200 kW 和100 kN，并且輔助上250 mm ×250 mm×16 mm 的鐵托盤來(lái)提高頂板支護(hù)面積與強(qiáng)度，降低頂板壓力經(jīng)由兩幫下傳，防止由于采用一般小托盤和圍巖接觸較小而形成一定的點(diǎn)載荷，損壞頂板圍巖。

3 深部開拓巷道揭煤施工支護(hù)技術(shù)的技術(shù)要點(diǎn)

1)在超前支護(hù)的過(guò)程中應(yīng)該選擇管縫式錨桿，其孔徑不應(yīng)太大，要使其充分確保其錨固力;在正式安裝之前，一定要清掃孔眼;在實(shí)際安裝過(guò)程中，必須確保錨桿孔、管縫式錨桿、鑿巖機(jī)中心處于一條直線上;沿巷道輪廓線平均安裝錨桿，安裝角度偏差必須處于相對(duì)較小水平。

2)遵循“敲幫問(wèn)頂”的原則，當(dāng)工作面迎頭沒(méi)有活矸危石之后，才能夠?qū)嵤┡R時(shí)支護(hù)。禁止空頂作業(yè)，確保施工安全。

3)在永久支護(hù)的過(guò)程中，必須切實(shí)加強(qiáng)幫角支護(hù)措施，使底角幫錨桿和水平面之間的夾角都維持在15°。加固幫角能夠使圍巖強(qiáng)度增加，并且能夠降低圍巖的應(yīng)力集中度，防止幫角破壞而導(dǎo)致變形，進(jìn)一步保證施工的專業(yè)性。

4)在揭煤時(shí)，一定要清楚地質(zhì)變化狀況，尤其弄清楚圍巖結(jié)構(gòu)與煤層厚度狀況。見(jiàn)煤厚度與圍巖結(jié)構(gòu)有所改變時(shí)，支護(hù)方法及其相關(guān)參數(shù)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。

4 結(jié)語(yǔ)

一般的傳統(tǒng)被動(dòng)支護(hù)方式存在許多弊端，一方面需要相對(duì)較高的成本，推進(jìn)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng);另一方面，其支護(hù)效果相對(duì)較差，近年來(lái)已經(jīng)越來(lái)越無(wú)法滿足煤炭施工要求。并且，在揭煤施工過(guò)程中，深部開拓巷道會(huì)受到圍巖條件與高地應(yīng)力改變的作用，掘進(jìn)以及支護(hù)變得很難實(shí)現(xiàn)，甚至?xí)霈F(xiàn)巷道變形量大、圍巖脫落、冒頂片幫等問(wèn)題，造成安全隱患。科學(xué)的支護(hù)方法有必要實(shí)施。深部開拓巷道揭煤施工支護(hù)技術(shù)是一種科學(xué)合理的支護(hù)方式，能夠使煤巖冒落得到有效控制，并且使深部巷道快速安全地揭露煤層，最終使巷道快速安全地穿越煤層，在實(shí)踐中取得非常不錯(cuò)的成效。實(shí)踐證明我們所使用的支護(hù)方法在揭煤施工過(guò)程能夠有效控制巷道變形，使其施工安全狀況顯著改善，為今后采煤面工作的順利進(jìn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，其實(shí)踐價(jià)值非常高。

［1］ 劉衛(wèi)方，張榮玉，劉志峰. 探部巷道錨噴支護(hù)修復(fù)技術(shù)［J］.煤炭技術(shù)，2005 (10):177.

［2］ 田敬海，柳敦國(guó). 深部巷道變形觀測(cè)與支護(hù)研究［J］. 山東煤炭科技，2007(3):256.