雙突礦井大埋深高應(yīng)力大斷面機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)研究

譚家貴

（華能云南滇東礦業(yè)分公司，云南曲靖655800）

1 引言

雙突礦井又稱煤與瓦斯突出礦井，是指在井田范圍內(nèi)，任意煤層發(fā)生過煤與瓦斯突出事故或被鑒定為有煤與瓦斯突出風(fēng)險(xiǎn)的礦井。據(jù)瓦斯防治相關(guān)規(guī)定，突出礦井施工需采取瓦斯治理底板巖巷掘進(jìn)抽放瓦斯措施。

煤礦巷道掘進(jìn)主要有鉆眼爆破法和綜合機(jī)械化掘進(jìn)法2種。鉆眼爆破法對(duì)地質(zhì)構(gòu)造條件適應(yīng)能力強(qiáng)，所采用的施工機(jī)具簡(jiǎn)單輕便，但其生產(chǎn)效率低、施工工序多、安全性差，故多應(yīng)用在小型礦井中；綜合機(jī)械化掘進(jìn)法由于采用大型掘進(jìn)機(jī)破巖掘進(jìn)，故施工效率高，多用于大型礦井巖巷快速掘進(jìn)中[1]。

本文以云南老廠礦區(qū)白龍山煤礦一井為研究對(duì)象，分析了綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)在巷道掘進(jìn)中的應(yīng)用，對(duì)相同地質(zhì)條件下巖巷的快速掘進(jìn)具有參考意義。

2 礦井概況

白龍山煤礦一井是云南滇東電廠的配套供煤礦井[2]，境界東西長(zhǎng)約8.5km，南北寬2.5～4.8km，面積32.04km2，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量308.97Mt。井田周邊發(fā)育有褶曲及派生大致與背向斜軸平行的次級(jí)斷裂，煤層受古河道及海侵影響，有尖滅、分岔、合并現(xiàn)象。煤層最大埋深大于1000m，一般埋深400～600m，共有可采煤層11層。經(jīng)探測(cè)，所有可采煤層均為煤與瓦斯突出煤層，礦井潛在沖擊地壓，開采難度較大。

3 施工影響因素

大斷面煤巷的開掘增加了巷道圍巖的擾動(dòng)深度，擴(kuò)大了煤巖體破碎范圍，降低了圍巖本身的強(qiáng)度和自穩(wěn)能力。當(dāng)巷道掘進(jìn)經(jīng)過受陷落柱和斷層等地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)域時(shí)，局部煤體和圍巖松軟破碎，破壞了煤巖體的完整性，容易發(fā)生冒頂和片幫事故。

對(duì)于高瓦斯煤巷，當(dāng)大斷面厚煤層煤巷發(fā)生嚴(yán)重冒頂時(shí)，厚煤頂將形成高冒區(qū)，煤體釋放的瓦斯將匯聚在厚煤頂形成的高冒區(qū)內(nèi)，加之回風(fēng)流的不順暢，容易造成煤巷頂板高冒區(qū)瓦斯超限。

4 機(jī)械選擇

在石門揭煤綜合機(jī)械化掘進(jìn)作業(yè)中，相關(guān)設(shè)備主要由掘進(jìn)機(jī)、錨桿鉆機(jī)以及輔助設(shè)備3部分組成。

4.1 掘進(jìn)機(jī)的選擇

在選擇掘進(jìn)機(jī)時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：（1）應(yīng)基于煤巖硬度和黏結(jié)性以及節(jié)理構(gòu)造情況重點(diǎn)選擇掘進(jìn)機(jī)截割頭性能參數(shù)；（2）應(yīng)依據(jù)實(shí)際情況對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，如將掘進(jìn)機(jī)的普通截齒更換為高強(qiáng)度的截齒，采取分力管控操縱油路與齒輪油泵的方法，用蛇形管路替換外冷卻器冷卻油液等。

4.2 錨桿鉆機(jī)的選擇

為了避免傳統(tǒng)單體錨桿鉆機(jī)在鉆完孔后還需借助人工來裝設(shè)錨桿的弊端，可以采用鑿巖臺(tái)車以及液壓鑿巖機(jī)等進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)。

4.3 輔助設(shè)備的選擇

輔助設(shè)備主要指各類刮板機(jī)、膠帶輸送機(jī)等，在選用時(shí)，要注意與掘進(jìn)機(jī)的型號(hào)及功率相匹配。

5 施工技術(shù)程序

石門揭煤作業(yè)前，要編制專項(xiàng)防突設(shè)計(jì)，揭煤作業(yè)中，應(yīng)重點(diǎn)注意以下環(huán)節(jié)。

5.1 揭煤專項(xiàng)防突設(shè)計(jì)

石門和立井、斜井揭穿突出煤層的專項(xiàng)防突設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)包括下列主要內(nèi)容：（1）揭煤區(qū)域煤層、瓦斯、地質(zhì)構(gòu)造及巷道布置的基本情況；（2）建立安全可靠的獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)及加強(qiáng)控制通風(fēng)風(fēng)流設(shè)施的措施；（3）控制突出煤層層位、準(zhǔn)確確定安全巖柱厚度的措施；（4）加強(qiáng)過煤層段巷道的支護(hù)及其他措施。

5.2 突出危險(xiǎn)性局部預(yù)防措施

區(qū)域防突措施效果檢驗(yàn)有效時(shí)，石門揭煤工作面掘進(jìn)至距煤層最小法向距離5m、石門兩側(cè)和上部輪廓線下部至少3m前，應(yīng)及時(shí)采取預(yù)抽瓦斯、排放鉆孔等局部防突措施避免突出危險(xiǎn)性：（1）鉆孔施工前，必須對(duì)預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔或排放鉆孔進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，竣工后，應(yīng)驗(yàn)收并認(rèn)真繪制鉆孔竣工圖；（2）必須保證有足夠的預(yù)抽時(shí)間或排放時(shí)間，當(dāng)工作面措施效果檢驗(yàn)為無突出危險(xiǎn)工作面時(shí)，在采取安全防護(hù)措施的情況下，邊掘邊探掘進(jìn)至遠(yuǎn)距離爆破揭穿煤層前的工作面位置，再采用工作面預(yù)測(cè)的方法進(jìn)行最后驗(yàn)證。

5.3 揭煤區(qū)域支護(hù)方式

采用超前管棚、注漿固化、錨索、網(wǎng)、U型棚、噴聯(lián)合支護(hù)。（1）超前管棚采用規(guī)格φ40mm×3500mm無縫鋼管制作，布置在巷道頂板上；（2）注漿固化采用425#普通硅酸鹽水泥單體水泥漿，每10m施工一循環(huán)注漿工藝，注漿壓力為1.5～2MPa；（3）U型棚規(guī)格采用U29鋼支架，高4130mm，寬5000mm；施工要求棚距為500mm（中對(duì)中），槽鋼拉桿安裝在巷道頂、腰上各一套（共3套），用U29鋼卡纜配φ22mm螺栓將鋼板與U型鋼鎖緊牢固。

5.4 邊掘邊抽瓦斯防治

傳統(tǒng)工法中，巷道邊掘邊抽瓦斯技術(shù)是指布置兩側(cè)鉆孔實(shí)施長(zhǎng)距離瓦斯抽放、布置掘進(jìn)面釋放孔進(jìn)行短距離瓦斯抽放。本文結(jié)合傳統(tǒng)工法，輔助以水力割縫增透措施來縮短瓦斯釋放時(shí)間。

一采區(qū)下部車場(chǎng)石門揭C7+8突出煤層段運(yùn)輸巷進(jìn)行區(qū)域防突措施效果檢驗(yàn)超標(biāo)時(shí)，煤巷條帶補(bǔ)充超高壓水力割縫卸壓增透鉆孔，設(shè)計(jì)按照80m作為一個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)域，每循環(huán)預(yù)留20m壓茬距離，迎頭設(shè)計(jì)15個(gè)順層長(zhǎng)鉆孔。其中，割縫鉆孔9個(gè)，孔徑φ113mm，割縫結(jié)束后，從孔口往里15m段擴(kuò)孔至φ153mm，采用φ108mm封孔管進(jìn)行封孔；普通鉆孔6個(gè)，孔徑φ94mm，采用φ50mm封孔管進(jìn)行封孔，所有鉆孔均采用“兩堵一注”帶壓封孔工藝進(jìn)行封孔，封孔段深度12m；鉆孔控制巷道前方80m，巷道兩側(cè)20m寬度，割縫鉆孔終孔間距為5m，從鉆孔底開始每3m切割一刀，距離迎頭20m停止切割，每個(gè)鉆孔切割20～21刀，本循環(huán)9個(gè)鉆孔累計(jì)切割約180～190刀。

試驗(yàn)結(jié)果表明：采取水力割縫增透措施后，單孔平均抽采效率較普通工藝鉆孔提高了3倍，平均日抽采瓦斯純量較普通工藝鉆孔提高了4倍，整體石門揭煤區(qū)域預(yù)抽時(shí)間提前了30%，節(jié)省了大量工程成本。

6 配套管理措施

推行揭煤期間“四雙”管理，即“雙帶班”（礦與施工單位共同現(xiàn)場(chǎng)帶班指揮）、“雙斷電”（井下斷電結(jié)合通防調(diào)度遠(yuǎn)程斷電）、“雙撤人”（井下撤人、通防調(diào)度利用人員定位系統(tǒng)確認(rèn)）、“雙警戒”（施工單位站崗人員和礦瓦檢員共同站崗警戒）。

其他管理措施包括：將以往依靠瓦檢員驗(yàn)收改為視頻驗(yàn)收加抽采隊(duì)驗(yàn)收員巡回驗(yàn)收，實(shí)時(shí)監(jiān)控揭煤工作面瓦斯變化情況。

7 結(jié)語

要使雙突礦井大斷面巷道實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)，在采取合適的機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)上，應(yīng)優(yōu)化掘進(jìn)工藝，提高日常管理水平，才能有效提高巷道掘進(jìn)速度，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。