厚煤層大斷面巷道快速掘進應用實踐

張彥宏

(大同煤礦集團同發(fā)東周窯煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037103)

1 前言

巷道的掘進速率決定著礦井的生產接續(xù)，隨著礦井開采中地質條件更加復雜，大斷面、高地壓、支護工藝、掘進施工工藝等因素都制約巷道快速掘進的速度，造成礦井的采掘銜接關系緊張[1-2]。為保證礦井的安全高效生產，應當從礦井地質條件分析、礦壓監(jiān)測、支護參數優(yōu)化和選取合理施工工藝等多方面進行研究，尤其在厚煤層大斷面工作面，礦壓顯現(xiàn)規(guī)律更加復雜，巷道快速掘進更需要采用合理的施工工藝和支護技術。本文以發(fā)東周窯煤業(yè)公司南膠帶巷為研究對象，采用合理的快速掘進施工工藝和支護參數，保證了巷道的安全高效掘進。

2 工作面概況

同煤集團同發(fā)東周窯煤業(yè)公司南膠帶巷布置在4#層南盤區(qū)中，水平標高為900～946m。東部為實體，西部為南輔運巷(與南膠帶巷相距42m)、南回風巷(與南膠帶巷相距78m)，南部為實煤區(qū)。膠帶巷煤層厚度不穩(wěn)定，約2.7～8.2m，平均5.5m，巖性多為砂質泥巖、炭質泥巖、煌斑巖，次為黏土質泥巖、泥巖。巷道掘進斷面17.85m2，凈斷面16.56m2，屬于厚煤層大斷面巷道。南膠帶巷受頂板壓力較大，頂板出現(xiàn)下沉及斷錨桿、錨索現(xiàn)象，巷道掘進期間應加強頂板支護質量，壓力顯現(xiàn)區(qū)域增設頂板離層儀及頂板、兩幫位移觀測點，制定頂板補強措施。

3 影響快速掘進因素

(1)南膠帶巷掘進后由于錨網索支護施工量大，造成掘進與支護不協(xié)調，影響著巷道的掘進速率。為了提高巷道掘進效率，在保證安全生產的前提下，南膠帶巷頂板錨索可以滯后于掘進機后方，實現(xiàn)平行作業(yè)，從而在一定程度上提高巷道支護速率[3]。巷道掘進過程中，支護區(qū)域附近無斷層等地質構造，頂板條件好，可以適當的增加錨桿、錨索間距，或在保證支護強度的條件下，減少使用樹脂錨固劑使用，從而減少其在支護中的凝固速度[4]。

(2)由于制度管理等問題，在實際工作過程中，掘進區(qū)隊各班組之間出現(xiàn)搭配不合理等現(xiàn)象，造成南膠帶巷在掘進過程中浪費了大量的時間。區(qū)隊應當制定完善的管理制度及崗位職責，使在實際生產過程中，各班組、工種之間能夠實現(xiàn)快速銜接、轉換和平行交叉作業(yè)[5]。

(3)南膠帶巷屬于大斷面巷道，應采用合理的掘進施工工藝，若按一般巷道施工，不利用巷道成型，并且對巷道的支護也造成困難。當巷道頂板破碎時，應當縮短循環(huán)進尺，并優(yōu)化掘進施工工藝，并提高支護強度，避免出現(xiàn)冒頂、片幫等事故影響巷道掘進進度。

4 快速掘進施工工藝

4.1 施工工藝

由于南膠帶巷斷面大，綜掘機無法一次掘進成巷，采取短掘短支的掘進支護工藝，分層進行掘進支護。首先施工巷道上部，根據中腰線畫出上部巷道輪廓線，然后進行截割掘進，上部斷面高度控制在2.8m，掘進后在臨時支護保護下及時進行錨網索噴支護。上層施工完畢后，根據中腰線畫出下部巷道輪廓線，然后進行截割掘進，掘進后在臨時支護保護下及時進行錨網索噴支護[6]。

南膠帶巷掘進選用EBZ200型懸臂式綜掘機，其具有截尺排列密集、單軸抗壓強度高等優(yōu)點。根據巷道掘進時圍巖的完整性，在頂板完整、頂板破碎和易片幫區(qū)域圍巖分別采用不同的掘進施工工藝，施工工藝如圖1所示。

圖1 南膠帶巷掘進施工工藝

由于南膠帶巷屬于半煤巖巷道，應在煤巖結合處的煤層選擇進刀，先截割煤，后截割巖石，即按先軟后硬的程序進行。每向前割1m，進行錨桿、網片永久支護，空頂距可以支護一排錨桿時，要支護一排錨桿，可以支護一排錨索時，要支護一排錨索，待支護完成后，才可再向前截割。

4.2 多工序交叉平行作業(yè)

南膠帶巷在掘進過程中，采用平行交叉作業(yè)，可以在提高施工效率，減少施工成本。當巷道在支護過程中，可以同時進行設備檢查、維修等輔助工作，施工示意圖如圖2所示。

圖2 多工序平行施工示意圖

5 支護參數設計

5.1 錨網索支護

南膠帶巷掘進后，其頂板受上覆巖層的壓力較大，巷道頂板出現(xiàn)下沉且破碎嚴重，采用常用的900mm×900mm錨網索支護，出現(xiàn)錨桿、錨網被壓斷現(xiàn)象，達不到支護要求，因此，需要進一步加大巷道支護密度，提高巷道承載能力，保證巷道穩(wěn)定性。根據頂板巖層的性質，巷道采用800mm×800mm錨網索支護，其具體支護參數見表1。

為了提高錨桿支護后所形成承載結構的穩(wěn)定性，需要在運輸巷錨桿之間采用直徑14mm的圓鋼焊制的鋼筋梯子梁連接，進一步提高支護的強度。

5.2 注漿加固圍巖

南膠帶巷雖然采用800mm×800mm錨網索支護后能在一定程度上提高巷道圍巖的承載能力，但是為了進一步保證巷道的穩(wěn)定性，需要對巷道進行注漿加固，增強圍巖的剛度和抗剪強度。采用注漿錨桿進行加固施工，選用ZBQS-12/10型便攜式注漿泵，高水速凝材料，分別頂板和兩幫分別布置注漿鉆孔，注漿參數見表2。南膠帶巷注漿管與封孔如圖3所示。

表1 南膠帶巷支護參數

表2 南膠帶巷注漿加固施工參數

圖3 南膠帶巷注漿管與封孔圖

由于鉆孔參數將影響注漿的效果，為了保證注漿效果，根據巷道圍巖的性質，采用鉆孔交錯布置的方式注漿效果最優(yōu)，注漿后采用袋式封孔方式快速封孔，保證注漿液能夠深入到巖層裂隙，黏聚破碎圍巖裂隙，實現(xiàn)提高圍巖強度的目的。

6 支護效果檢驗

南膠帶巷快速掘進后，采用合理的支護措施后，巷道穩(wěn)定性明顯提高。在巷道“十字布點”監(jiān)測頂板和兩幫4個月圍巖變形量，驗證支護效果。南膠帶巷圍巖變形量監(jiān)測結果如圖4所示。

圖4 南膠帶巷頂幫圍巖變形量

由圖4可知，“十字布點”監(jiān)測南膠帶巷圍巖變形量，在觀測4個月的時間內，巷道頂幫累計圍巖變形量分別為28mm、35mm。由此可知，巷道采用錨網索和注漿加固聯(lián)合支護取得了良好的效果，有效減小了圍巖變形量，為巷道快速掘進提高穩(wěn)定的條件。

7 結論

(1)以4#層南盤區(qū)南膠帶巷為研究對象，分析了影響巷道快速掘進的因素主要有掘進支護不協(xié)調、制度管理、巷道斷面大等，采用綜掘機在南膠帶

巷煤巖結合處的煤層選擇進刀，先截割煤，后截割巖石。根據巷道圍巖完整性不同，設計了3種施工工藝。

(2)南膠帶巷快速掘進后，為了提高巷道的穩(wěn)定性，采用800mm×800mm錨網索支護和注漿加固增強圍巖強度，根據巷道圍巖性質，設計了支護參數。采用“十字布點”的方式監(jiān)測巷道的圍巖變形量，得到巷道頂幫累計圍巖變形量分別為28mm、35mm，支護效果明顯。