四明山煤礦9104運(yùn)輸巷綜掘施工工藝研究

郭海明

(四明山煤業(yè)有限公司,山西 高平 048400)

1 前言

巷道的掘進(jìn)速率決定著礦井的生產(chǎn)接續(xù)，隨著礦井開(kāi)采中地質(zhì)條件更加復(fù)雜，大斷面、高地壓、支護(hù)工藝、掘進(jìn)施工工藝等因素都導(dǎo)致巷道掘進(jìn)以及圍巖控制難度逐漸加大，制約著巷道掘進(jìn)效率的提升，造成礦井的采掘銜接關(guān)系緊張[1-2]。為了提高厚煤層大斷面巷道掘進(jìn)速率，不僅要對(duì)巷道掘進(jìn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，還應(yīng)采用合理的支護(hù)措施，提高巷道的穩(wěn)定性[3-4]。本文以9104運(yùn)輸巷為研究對(duì)象，采用安全高效的掘進(jìn)施工工藝及確定經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)參數(shù)，保證巷道的安全快速掘進(jìn)。

2 工作面概況

9104運(yùn)輸巷位于井田南部一采區(qū)，地面標(biāo)高962～1 009m，工作面標(biāo)高835～905m。由北向南開(kāi)拓，巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1 250m，斷面凈寬4.8m，沿9#煤層頂板向南開(kāi)拓至井田邊界保安煤柱。北為9#煤南翼輔運(yùn)下山，南為井田邊界煤層保護(hù)線，東為實(shí)體煤層，西為實(shí)體煤層。9#煤層平均厚度5.94m，傾角為2°～10°。煤層直接頂為厚6.2m砂質(zhì)泥巖，基本頂為厚5.4m細(xì)粒砂巖，直接底為厚1.6m砂質(zhì)泥巖，基本底為厚2.4m灰?guī)r。

9104運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間煤層底板傾角總體較為平緩，預(yù)計(jì)煤層底板傾角變化2°～15°。9104運(yùn)輸巷在掘進(jìn)至約460m處會(huì)揭露一小型向斜，傾角最大為8°，頂板可能存在較破碎地段，需加強(qiáng)頂板控制；掘進(jìn)至約540m處，巷道處于下山階段，煤巖層傾角變大，預(yù)測(cè)傾角13°～15°，巷道坡度增大，頂板可能較為破碎，頂板淋水可能增加，要加強(qiáng)頂板控制及排水工作。

3 巷道掘進(jìn)施工工藝

3.1 掘進(jìn)方式

9104運(yùn)輸巷采用綜掘機(jī)施工，巷道沿9#煤層頂板掘進(jìn)。由于巷道斷面大，綜掘機(jī)無(wú)法一次掘進(jìn)成巷，采取短掘短支的掘進(jìn)支護(hù)工藝，分層進(jìn)行掘進(jìn)支護(hù)。首先施工巷道上部，根據(jù)中腰線畫(huà)出上部巷道輪廓線，然后進(jìn)行截割掘進(jìn)，上部斷面高度控制在2.8m，掘進(jìn)后在臨時(shí)支護(hù)保護(hù)下及時(shí)進(jìn)行錨網(wǎng)索噴支護(hù)。上層施工完畢后，根據(jù)中腰線畫(huà)出下部巷道輪廓線，然后進(jìn)行截割掘進(jìn)，掘進(jìn)后在臨時(shí)支護(hù)保護(hù)下及時(shí)進(jìn)行錨網(wǎng)索噴支護(hù)。

南膠帶巷掘進(jìn)選用EBZ200型懸臂式綜掘機(jī)，其具有截尺排列密集、單軸抗壓強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)巷道掘進(jìn)時(shí)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(jìn)施工工藝，具體如圖1所示。

3.2 裝載和運(yùn)輸

9104運(yùn)輸巷道掘進(jìn)期間，在運(yùn)輸巷道安裝一部DSJ80/40/2×55帶式輸送機(jī)，經(jīng)過(guò)南翼膠帶下山帶式輸送機(jī)→集中膠帶大巷帶式輸送機(jī)→主斜井帶式輸送機(jī)至地面。設(shè)備、材料等采用WCJ2E防爆膠輪車(chē)運(yùn)輸，在地面裝好后，從副斜井入井，經(jīng)過(guò)南翼輔運(yùn)下山運(yùn)送至9104運(yùn)輸巷道掘進(jìn)工作面。

4 支護(hù)工藝

9104運(yùn)輸巷受褶曲、斷層等地質(zhì)構(gòu)造的影響，掘進(jìn)后圍巖變形較大，因此，需要采用錨網(wǎng)索+注漿加固的支護(hù)措施加固巷道圍巖強(qiáng)度，提高巷道整體穩(wěn)定性，保證工作面的安全高效回采。

4.1 錨網(wǎng)索支護(hù)

1)構(gòu)造變形較大區(qū)域

褶曲、斷層等構(gòu)造造成9104運(yùn)輸巷圍巖變形量大，占巷道圍巖總變形量的65%～75%，因此，采用錨網(wǎng)索對(duì)巷道加強(qiáng)支護(hù)，其支護(hù)參數(shù)見(jiàn)表1，支護(hù)示意圖如圖2所示。

圖1 9104運(yùn)輸巷掘進(jìn)施工工藝

巷道掘進(jìn)至構(gòu)造區(qū)域時(shí)，頂板易破碎，影響巷道的掘進(jìn)速率和安全，因此，需要增加錨桿和錨索的數(shù)量，提高支護(hù)強(qiáng)度。當(dāng)巷道掘進(jìn)至褶曲、斷層前后10m區(qū)域時(shí)，由一般區(qū)域每排布置2根錨索，頂板每排打5根錨桿，兩幫每排打3根錨桿增加至每3排打8根錨索，頂板和兩幫每排分別打6根錨桿，提高構(gòu)造區(qū)域支護(hù)強(qiáng)度，保證巷道圍巖的完整性。

表1 斷層等構(gòu)造區(qū)域錨網(wǎng)索支護(hù)參數(shù)

圖2 構(gòu)造區(qū)域支護(hù)示意圖

2)一般區(qū)域

盡管9104運(yùn)輸巷一般區(qū)域圍巖變形量相對(duì)于構(gòu)造區(qū)域小，但是為了保證巷道掘進(jìn)施工的穩(wěn)定性，同樣需要采用錨網(wǎng)索支護(hù)，提高巷道整體穩(wěn)定性。但是錨網(wǎng)索的規(guī)格與間排距等參數(shù)有所不同，其參數(shù)見(jiàn)表2。

為了提高錨桿支護(hù)后所形成承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需要在9104運(yùn)輸巷錨桿之間采用φ14mm的圓鋼焊制的鋼筋梯子梁連接，進(jìn)一步提高支護(hù)的強(qiáng)度。

表2 一般區(qū)域錨網(wǎng)索支護(hù)參數(shù)

4.2 注漿加固

9104運(yùn)輸巷采用注漿加固，提高巷道圍巖的完整性[5-6]。采用注漿錨桿施工，將注漿孔與錨桿合二為一。選用QB152型便攜式注漿泵，注漿液為水泥、黃沙、石子配置而成，三者比例為1∶2∶2，水灰比為0.45∶1。注漿開(kāi)始后緩慢增加壓力，正常注漿壓力為0.5～1.0MPa，終壓為2.0MPa。根據(jù)巷道圍巖性質(zhì)，確定注漿參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 注漿施工參數(shù)

當(dāng)巷道圍巖相對(duì)位移為27mm時(shí)，可知圍巖1.5m范圍內(nèi)已產(chǎn)生松動(dòng)裂隙，此時(shí)為注漿最佳時(shí)機(jī)，漿液有效擴(kuò)散范圍將達(dá)到2.3m。

5 效果檢驗(yàn)

9104運(yùn)輸巷采用錨網(wǎng)索支護(hù)和注漿加固后，采用采用“十字布點(diǎn)”的方式監(jiān)測(cè)巷道的圍巖變形量，驗(yàn)證支護(hù)效果。巷道支護(hù)后監(jiān)測(cè)圍巖變形量見(jiàn)表4。

由表4可知，巷道采用錨網(wǎng)索支護(hù)和注漿加固后，巷道圍巖變形量有了明顯的減小，平均最大圍巖變形量為0.02m。由此可知，支護(hù)提高了巷道圍巖的承載能力，有效減小了圍巖變形量，保證了巷道的掘進(jìn)速率和安全。

6 結(jié)論

(1)9104運(yùn)輸巷由于斷面大，采取短掘短支的掘進(jìn)支護(hù)工藝，分層進(jìn)行掘進(jìn)支護(hù)。根據(jù)巷道掘進(jìn)時(shí)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(jìn)施工工藝。

表4 9104運(yùn)輸巷圍巖變形量 單位：m

(2)巷道掘進(jìn)后，采用錨網(wǎng)索支護(hù)和注漿加固提高巷道的承載能力，分別設(shè)計(jì)了錨網(wǎng)索支護(hù)和注漿參數(shù)。采用“十字布點(diǎn)”監(jiān)測(cè)支護(hù)后巷道圍巖變形量驗(yàn)證支護(hù)效果，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，支護(hù)后9104運(yùn)輸巷圍巖平均最大變形量為0.02m，由此可知，支護(hù)取得了良好效果，提高了巷道的穩(wěn)定性。