大斷面切巷快速掘進(jìn)施工技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用

牛 云

（山西潞安工程有限公司，山西 長治 046102）

1 概述

潞安集團(tuán)王莊煤礦7111 工作面井下位于71 采區(qū)，工作面西為實(shí)體煤，東接71 采區(qū)皮帶巷，南為8101 已采工作面，北為實(shí)體煤。7111 工作面所采為3#煤，賦存于二疊系山西組地層中下部，為陸相湖泊型沉積。工作面范圍內(nèi)煤層厚度穩(wěn)定，煤層下部夾矸最厚的一層為0.4 m，平均煤厚約為6.3 m。煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

7111 切眼設(shè)計(jì)長度為160 m，沿底板掘進(jìn)，切巷斷面規(guī)格為寬×高=7.8 m×3.0 m。由于切巷斷面較大，若不采取合理有效的掘進(jìn)工藝及支護(hù)措施，不僅增加了巷道掘進(jìn)難度，降低了掘進(jìn)效率，而且不利于頂板安全管理，很容易發(fā)生重大煤礦安全事故。對此，山西潞安工程有限公司通過技術(shù)研究[1-5]，根據(jù)7110 切巷掘進(jìn)現(xiàn)狀，對大斷面切巷傳統(tǒng)施工工藝主要存在的問題進(jìn)行合理分析。

表1 7111 工作面3#煤層頂?shù)装鍘r性匯總表

2 大斷面切巷傳統(tǒng)施工工藝及問題分析

2.1 切巷傳統(tǒng)施工工藝

7110 工作面切巷當(dāng)時(shí)采用EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)一次性成巷掘進(jìn)工藝，施工工藝及支護(hù)工藝如下：

（1）采用掘進(jìn)機(jī)對切巷整個(gè)斷面進(jìn)行掘進(jìn)施工，掘進(jìn)機(jī)單茬掘進(jìn)寬×高=7.8 m×3.0 m，掘進(jìn)深度為1.0 m，掘進(jìn)后采用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行工作面煤矸清理。

（2）切巷掘進(jìn)后及時(shí)對頂板進(jìn)行支護(hù)，頂板主要采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，巷幫主要采用螺紋鋼錨桿以及樹脂錨桿支護(hù)：① 頂板每排布置5 根錨索，錨索長度為8.3 m，直徑為17.8 mm，錨索間距為1.5 m，排距為3.0 m；② 頂板每排布置7 根錨桿，錨桿長2.5 m，直徑22 mm，錨桿外露端安裝2 根“W”型鋼帶，鋼帶長4.0 m，兩根鋼帶收尾疊加布置；③ 巷道采空區(qū)側(cè)巷幫采用螺紋鋼錨桿支護(hù)，錨桿長2.0 m，直徑為22 mm；工作面?zhèn)认飵筒捎酶邚?qiáng)度全螺紋式玻璃纖維增強(qiáng)樹脂錨桿，錨桿長度為2.0 m，直徑為22 mm；幫錨桿每排布置4 根，間距為0.85 m，排距為1.0 m。7110 工作面切巷一次性成巷支護(hù)斷面示意圖如圖1。

圖1 7110 工作面切巷一次性成巷支護(hù)斷面示意圖

2.2 一次性成巷掘進(jìn)施工技術(shù)難題

（1）掘進(jìn)效率低。由于7110 切巷斷面規(guī)格相對較大，而切巷采用EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，該掘進(jìn)機(jī)有效切割巷道寬度為4.5 m，切巷需多次移動掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行切割，每掘進(jìn)一個(gè)斷面所用時(shí)間為2.8 h，全天掘進(jìn)工程量不足5.0 m，巷道掘進(jìn)效率相對較低。

（2）煤矸運(yùn)輸難度大。EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)尾部連接轉(zhuǎn)載機(jī)，轉(zhuǎn)載機(jī)與SSJ-800 型帶式輸送機(jī)尾部滑輪連接，掘進(jìn)機(jī)最大允許擺角為15°，而切巷寬度為7.8 m，掘進(jìn)機(jī)割煤后無法一次性清理煤矸，需進(jìn)行一次移尾，造成工作面煤矸運(yùn)輸效率低、難度大。

（3）頂板維護(hù)困難。由于傳統(tǒng)一次性成巷掘進(jìn)施工后，巷道頂板空頂面積達(dá)8 m2，巷道割煤后2～3 h 后方可對頂板進(jìn)行支護(hù)施工，而7110 切巷煤層厚度為6.3 m，割煤高度為3.0 m，留頂煤厚度為3.3 m，頂煤暴露面積大、時(shí)間長，頂板支護(hù)不及時(shí)時(shí)很容易發(fā)生頂板垮落事故。

（4）不利于通風(fēng)安全管理。7110 巷掘進(jìn)期間采用局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，風(fēng)機(jī)功率為55 kW，風(fēng)筒直徑為1.0 m。切巷在掘進(jìn)過程中風(fēng)流無法實(shí)現(xiàn)全斷面通風(fēng)，導(dǎo)致巷道迎頭出現(xiàn)局部窩風(fēng)現(xiàn)象，不利于巷道通風(fēng)安全管理。

3 大斷面切巷掘進(jìn)工藝優(yōu)化

3.1 分次掘進(jìn)成巷施工工藝

為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)一次性成巷掘進(jìn)工藝存在的不足，通過研究決定對7111 工作面切巷采取分次掘進(jìn)成巷施工工藝。

（1）分次掘進(jìn)成巷即大斷面巷道掘進(jìn)，小斷面擴(kuò)幫施工。大斷面巷道規(guī)格為寬×高=4.8 m×3.0 m，小斷面擴(kuò)幫規(guī)格為寬×高=3.0 m×3.0 m。

（2）首先采用掘進(jìn)機(jī)對工作面?zhèn)却髷嗝嫦锏谰蜻M(jìn)，掘進(jìn)長度為160 m。掘進(jìn)期間在巷道內(nèi)安裝一部SSJ-80 型帶式輸送機(jī)進(jìn)行出煤，掘進(jìn)后及時(shí)對巷道頂板施工永久支護(hù)，對巷幫施工樹脂錨桿。

（3）大斷面巷道掘進(jìn)到位后，拆除巷道內(nèi)帶式輸送機(jī)，將掘進(jìn)機(jī)退至切巷開口處，對采空區(qū)側(cè)煤柱進(jìn)行擴(kuò)幫施工，擴(kuò)幫后及時(shí)對頂板及巷幫施工永久支護(hù)。

3.2 支護(hù)工藝

為了提高7111 切巷頂板穩(wěn)定性，決定對切巷頂板采取錨桿（索）、金屬網(wǎng)、組合錨索、JW 型鋼帶等聯(lián)合支護(hù)。

3.2.1 大斷面巷道時(shí)的支護(hù)

（1）大斷面巷道頂板每排布置5 根錨桿，錨桿長度為2.5 m，直徑為22 mm，錨桿間排距為1.0 m，同一排錨桿外露端安裝一根長度為4.5 m“JW”型鋼帶。

（2）組合錨索采用“二一二”布置方式，即第一排兩組組合錨索，錨索間距為3.0 m，第二排布置一組組合錨索，第三排組合錨索與第一排布置方式相同，組合錨索排距為3.0 m。每組組合錨索由3 根錨索長度為8.3 m、直徑為21.8 mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線及一塊長×寬=0.5 m×0.5 m 組合托板構(gòu)成。

（3）為了防止片幫，大斷面巷道掘進(jìn)后，對巷幫采取高強(qiáng)度全螺紋式玻璃纖維增強(qiáng)樹脂錨桿及塑料網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。錨桿長2.0 m，直徑為22 mm，每排布置三根，錨桿間距為0.85 m，排距為1.0 m。塑料網(wǎng)規(guī)格為長×寬=4.0 m×3.0 m。

3.2.2 擴(kuò)幫時(shí)的支護(hù)

（1）擴(kuò)幫段頂板每排布置4 根錨桿，錨桿長2.5 m，每排鋼帶外露端安裝一根長度為3.6 m“JW”型鋼帶，錨桿間排距為1.0 m。擴(kuò)幫巷道頂板錨桿與大斷面巷道頂板錨桿交錯(cuò)布置，如圖2。

（2）頂板每排布置一組組合錨索，組合錨索參數(shù)與大斷面巷道掘進(jìn)段頂板組合錨索相同，組合錨索排距為3.0 m。

（3）巷道擴(kuò)幫后，位于采空區(qū)側(cè)巷幫采用螺紋鋼錨桿進(jìn)行支護(hù)，每排布置三根，錨桿長2.0 m，直徑為22 mm，錨桿間排距為1.0 m。

（4）7111 切巷頂板及巷幫支護(hù)全部完成后，在巷道內(nèi)支設(shè)兩排單體液壓支柱，間距為2.0 m，排距為3.0 m。

圖2 優(yōu)化后7111 工作面切巷支護(hù)斷面、平面示意圖

4 結(jié)語

7111 工作面切巷施工工藝及支護(hù)工藝優(yōu)化后，取得了顯著應(yīng)用成效：

（1）提高了巷道掘進(jìn)效率。7111 工作面切巷采取分次掘進(jìn)成巷施工工藝后，大斷面巷道每天掘進(jìn)量為12 m/d，掘進(jìn)周期為15 d，小斷面擴(kuò)幫施工工程量為15 m/d，掘進(jìn)周期為12 d，拆裝設(shè)備用時(shí)2 d，整個(gè)切巷掘進(jìn)周期為29 d，與傳統(tǒng)全斷面一次性成巷施工工藝相比，掘進(jìn)周期縮短了7 d。

（2）改善了巷道通風(fēng)效果。分次掘進(jìn)成巷時(shí)，局部通風(fēng)機(jī)對大斷面巷道通風(fēng)滿足巷道通風(fēng)要求，大斷面巷道掘進(jìn)到位后進(jìn)行擴(kuò)幫施工時(shí)利用自然風(fēng)壓通風(fēng)，提高了巷道通風(fēng)效率，解決了傳統(tǒng)施工工藝時(shí)風(fēng)流不足、風(fēng)阻大、窩風(fēng)等現(xiàn)象。

（3）提高了支護(hù)效果。采用分次掘進(jìn)可及時(shí)對巷道頂板進(jìn)行有效支護(hù)，避免了傳統(tǒng)一次性成巷掘進(jìn)時(shí)頂板暴露面積大、時(shí)間長、頂板維護(hù)困難等技術(shù)難題。同時(shí)，優(yōu)化后的支護(hù)設(shè)計(jì)提高了大斷面切巷頂板整體穩(wěn)定性，切巷施工期間未發(fā)生頂板破碎、下沉等現(xiàn)象。