厚煤層掘進巷道過斷層施工工藝研究

賀 懋

（大同煤礦集團虎龍溝煤礦，山西 懷仁 036000）

1 概述

虎龍溝煤礦21501巷位于井田東盤區(qū)，工作面東部為實煤區(qū)，南部與盤區(qū)東軌道大巷相接，西部鄰近81503工作面采空區(qū)，北部鄰近塔山煤礦二盤區(qū)。工作面上覆實體巖層，下覆8#層為實體煤。

21501巷設(shè)計長度為1400m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=5.0×3.1m。巷道掘進煤層為5#煤層，屬復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層，煤層平均厚度12.7m。煤層中普遍含有3～4層夾石，夾矸總厚度為2.3m。煤層頂?shù)装鍘r性如表1所示。21501巷沿5#煤層底板，以該層夾矸為頂板平行掘進，巷道平均傾角為3°。

根據(jù)礦地測科鉆探發(fā)現(xiàn)，21501巷從開口往里掘進至534m時，揭露一條正斷層F7，其中H=2.0m，∠52°，斷層覆蓋施工長度范圍達到38m，斷層處頂板為煤頂，頂板極破碎。為確保安全順利過斷層，決定采用留頂煤俯斜爆破掘進施工工藝，優(yōu)化支護設(shè)計、施工人工假頂?shù)却胧?/p>

表1 5#煤層頂?shù)装鍘r性柱狀表

2 留頂煤俯斜爆破施工工藝

（1）當(dāng)巷道掘進至524m處且工作面頂板永久支護施工到位后，在工作面施工三排俯斜爆破鉆孔。鉆孔深度為1.0m，每排布置8個，間距為0.6m，鉆孔排距為1.0m，第一排鉆孔距頂板間距為0.5m，鉆孔俯角為6°。如圖1所示。

（2）爆破鉆孔施工完后，及時對鉆孔內(nèi)填裝乳化炸藥、雷管并對鉆孔封孔處理，每個鉆孔裝藥量為300g，炮孔采用炮土、水炮泥進行封孔處理，封孔長度為不得低于0.5m。

（3）鉆孔裝藥完成后，依次對鉆孔進行爆破施工。為了保證爆破施工安全，每次允許爆破炮孔數(shù)量不得超過5個，全斷面爆破完成后及時清理工作面煤矸石，補打頂板永久支護，每茬爆破進度控制在1.0m。

（4）為了保證巷道爆破施工安全，在爆破施工前必須安排專職人員在所有可能進入爆破點的入口攔人設(shè)警戒，警戒距離不得低于120m。爆破施工時必須嚴格執(zhí)行“一炮三檢”“三人聯(lián)鎖”放炮制度。

（5）爆破鉆眼時嚴格掌握鉆孔傾角，同一排鉆孔傾角允許誤差不得超過±1°。工作面爆破施工后必須及時補打永久支護，嚴禁空頂作用，最大空頂距不得超過0.5m。爆破后支護施工前在工作面端頭必須安裝絲杠式前探梁超前支護進行臨時頂板維護。

圖1 21501巷留頂煤俯斜爆破法過F7正斷層剖面示意圖

3 留頂煤俯斜掘進支護措施

為了提高21501巷俯斜掘進期間頂板穩(wěn)定性，對巷道原支護設(shè)計進行優(yōu)化，并通過施工人工假頂、注漿等措施進行加強支護。

3.1 支護設(shè)計優(yōu)化

（1）原巷道頂板支護形式。頂板“W”型鋼帶規(guī)格4800×250×4mm（5眼），鋼帶上鋪設(shè)頂菱形金屬網(wǎng)長×寬=6700×1200mm（網(wǎng)孔50×50mm）；鋼帶排距為1000mm；頂錨桿規(guī)格Φ22×2500mm。護幫錨桿兩幫各打三排，間排距1000×1000mm；最上排（第一排）錨桿距頂板距離為300mm；頂打錨索支護三排，間距×排距=1600×3000mm。

（2）優(yōu)化后支護形式。頂板錨桿更改為錨索，盡量縮小掘進距離，達到支護距離后及時支護控制管理頂板。根據(jù)頂煤層厚度增加情況，頂煤層厚度從0增加至2.0m時，更改頂板錨桿Φ22×2500mm為頂錨索Φ17.8×5300mm，如圖2所示。

圖2 優(yōu)化設(shè)計后頂板永久支護平、斷面示意圖

3.2 人工假頂施工工藝

（1）人工假頂錨索吊棚的施工工藝。人工假頂由錨索吊棚及4.5m長三眼11#工字鋼梁構(gòu)成，工字鋼梁每隔1.5m施工一架，錨索鋼絞線規(guī)格為Φ17.8×5300mm，預(yù)緊力10t以上，錨固力17MPa以上；錨索采用一支MSCK2335超快速樹脂及兩支MSK2360快速樹脂錨固。

（2）鋪設(shè)4.5m長11#工字鋼梁施工8根。人工抬運工字鋼梁到人工假頂區(qū)域底下，同時超高部位搭建工作平臺；在施工現(xiàn)場利用掘進機為工作平臺，施工人員站立在掘進機上；人工抬工字鋼梁至錨索吊棚下方，上好工字鋼梁；然后利用錨具錨固，保證人工假頂?shù)灼矫嬖谝凰矫嫔希c巷道頂板保持在同一個水平面范圍內(nèi)。

（3）巷道頂板預(yù)注漿工程。人工假頂施工完后，對假頂孔隙處采用高壓注漿泵向其填充羅克修膨脹劑，通過施工膨脹劑后提高假頂與頂煤粘合能力及性能。注漿施工工藝：① 向假頂空間內(nèi)部埋設(shè)注漿管→安裝封口器→用高壓膠管連接注射槍和注漿泵→將吸管插入裝有羅克修膨脹劑桶內(nèi)→開泵注漿→沖洗機具→停泵→拆卸注射槍。② 嚴格控制注漿壓力，當(dāng)壓力達到5～8MPa或出現(xiàn)大面積漏漿時（漏漿量等于泵的注入量），可更換另外一個地點注漿或者停止注漿；注漿順序：按照由內(nèi)而外的順序進行。每個假頂注漿充填完畢后，利用機油對所有的管路進行清洗一遍，確保管路無漿液殘留造成管路堵塞。

4 結(jié) 論

大同煤礦集團虎龍溝煤礦在21501巷過F7斷層時采用留頂煤俯斜爆破施工工藝，對俯斜掘進期間頂板永久支護進行優(yōu)化并采取人工假頂?shù)姆椒ㄟM行加固，取得了顯著成效。

（1）與傳統(tǒng)直接破巖過斷層法相比，采用留頂煤俯斜爆破掘進法過F7斷層，減少了巷道掘進時底煤遺留量，保證了工作面回采時能夠沿5#煤層底板回采，減少了采空區(qū)遺煤量，提高了煤柱回采率，同時提高了巷道掘進效率，避免了破巖時機械設(shè)備損毀以及增加矸石運輸量。

（2）對施工巷道頂板原支護設(shè)計進行優(yōu)化，采用錨索代替錨桿支護，提高了頂板支護效果，加強了錨索在頂煤支護中懸吊、組合梁作用，提高了頂板穩(wěn)定性，防止了頂板離層、下沉現(xiàn)象。

（3）通過施工人工假頂保證了俯斜掘進期間頂板平直性，人工假頂錨索吊棚對頂板起到進一步加固作用，解決了頂板破碎時金屬網(wǎng)、鋼帶支護效果差、頂板下沉現(xiàn)象嚴重等技術(shù)難題；采取注漿的方法對假頂孔隙處進行充填，注漿膨脹后可與破碎頂巖進行充分粘接，有效地加固松動圍巖，使圍巖成為整體，提高了圍巖的整體承載能力，防止了頂板垮落事故發(fā)生。