大斷面切巷快速掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

王惟甲

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)太原有限公司，山西 太原 030006）

綜采工作面切巷主要用于安裝工作面機(jī)械設(shè)備，如液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等。切巷斷面寬度一般為6～10 m，由于切巷斷面較大，切巷快速施工以及安全支護(hù)一直是制約著煤礦安全高效生產(chǎn)的重大難題[1]。本文以三聚盛煤礦9102 工作面為例，探索工作面切巷采用分段掘進(jìn)施工工藝以及聯(lián)合支護(hù)技術(shù)的可行性。

1 概述

三聚盛煤礦9102 工作面位于井田西南部，開采標(biāo)高+1 200～+1 230 m。工作面切巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度220 m，矩形斷面，凈寬8.5 m，凈高3 m，沿煤層底板掘進(jìn)。切巷掘進(jìn)煤層為9#煤層，該煤層位于太原組下段頂部，賦煤區(qū)分布于一采區(qū)東部，煤層傾角0°～15°，平均7°，煤層厚度5.0～10.5 m，平均8 m。9#煤層吸氧量0.47 cm3/g，自燃傾向性等級(jí)Ⅱ，為自燃煤層。9#煤層火焰長(zhǎng)度＞120 mm，抑制煤塵最低巖粉量70%，煤塵具有爆炸性。礦井絕對(duì)瓦斯涌出量0.66 m3/min，絕對(duì)二氧化碳涌出量為0.77 m3/t；掘進(jìn)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為0.35 m3/min，建設(shè)期間鑒定結(jié)果為低瓦斯礦井，煤層無(wú)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。

初次設(shè)計(jì)9102 工作面切巷采用一次性成巷掘進(jìn)工藝，采用單錨桿、錨索進(jìn)行支護(hù)。但是由于切巷斷面較大，采用一次性成巷掘進(jìn)工藝時(shí)，巷道圍巖所受應(yīng)力較大，當(dāng)巷道掘進(jìn)后的支護(hù)不能及時(shí)跟進(jìn)，很容易出現(xiàn)頂板下沉、破碎的問(wèn)題。鑒于此，本文提出采用分段施工工藝和對(duì)切巷頂板采用組合錨桿（索）以及支設(shè)單體液壓支護(hù)的聯(lián)合支護(hù)方式。

2 切巷分段施工工藝

為了避免一次性成巷時(shí)因斷面大而導(dǎo)致支護(hù)效果差，通過(guò)比較決定對(duì)9102 工作面切巷采取分段施工工藝，即大斷面采用光面爆破施工工藝，小斷面采用松動(dòng)爆破施工工藝。

1）9102 工作面切巷從運(yùn)輸順槽靠近采空區(qū)的一側(cè)進(jìn)行開口作業(yè)。由于開口位置處于皮帶巷與工作面的三角交接處，施工人員如采用爆破施工會(huì)因爆破振動(dòng)而導(dǎo)致該區(qū)域發(fā)生垮落。因此施工人員采用風(fēng)鎬的方式進(jìn)行開口作業(yè)。

2）切巷開口掘進(jìn)10 m后采用光面爆破施工工藝，光面爆破掘進(jìn)斷面規(guī)格為：寬×高=5.0 m×3.5 m；同時(shí)為了保證采空區(qū)一側(cè)的頂板及煤壁的完整性，施工人員在采空區(qū)一側(cè)施工爆破孔時(shí)，鉆孔夾角控制在85°～90°范圍內(nèi)[2]。

3）當(dāng)切巷掘進(jìn)至200 m處時(shí)，需進(jìn)行探巷作業(yè)，其探巷的長(zhǎng)度大于5 m。當(dāng)掘進(jìn)至215 m處時(shí)，為了確保切巷與回風(fēng)巷安全、順利貫通，采用風(fēng)鎬掘進(jìn)。

4）當(dāng)切巷與回風(fēng)巷順利貫通后，從切巷頭部開始按照寬與高均為3.5 m的規(guī)格沿工作面推進(jìn)方向進(jìn)行擴(kuò)幫，擴(kuò)幫的整個(gè)過(guò)程需采用松動(dòng)爆破一次性完成。

5）為了確保后期采煤機(jī)及刮板機(jī)的順利安裝，工作面切巷完成擴(kuò)幫后，需在切巷尾部施工一條采煤機(jī)壁龕，壁龕的長(zhǎng)為25 m，寬為1.5 m，高為3.5 m，見圖1。

圖1 9102 工作面切巷平面布置

6）當(dāng)切巷全部施工完成后，為了便于后期工作面設(shè)備運(yùn)輸及安裝，需在尾部施工一個(gè)調(diào)車硐室，硐室規(guī)格為長(zhǎng)×寬×高=5.0 m×5.0 m×3.5 m；同時(shí)需在切巷頭部施工兩個(gè)絞車硐室，用來(lái)穩(wěn)裝絞車及端頭支架，絞車硐室規(guī)格為長(zhǎng)×寬×高=5.0 m×3.0 m×3.5 m。

3 切巷頂板聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

1）為了保證工作面半切巷的安全掘進(jìn)，在切巷開口位置施工一根長(zhǎng)度為5 m 的鎖口鋼梁，鋼梁與三根預(yù)應(yīng)力鋼絞線相連，同時(shí)為了確保皮帶巷交叉位置的煤壁完整性[3]，在交叉位置安裝一組組合錨索（由鋼托板與5 根預(yù)應(yīng)力鋼絞線連接而成）。

2）半切巷掘進(jìn)時(shí)采用錨桿、錨索、JW型鋼帶聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，頂部鋼帶采用JW型鋼帶，鋼帶上均勻布置6 個(gè)支護(hù)孔，相鄰鋼帶的排距為1.0 m，鋼帶與切巷垂直布置，并采用6 根左旋無(wú)縱筋錨桿將鋼帶固定在頂板上，錨桿間距為0.9 m。

3）半切巷掘進(jìn)時(shí)，每?jī)膳配搸┕ひ慌牛▋筛╅L(zhǎng)度為8.3 m 錨索，使用鋼托板及鎖具將錨索緊固[4]，第一根錨索安裝在距離側(cè)幫1.15 m 的位置，相鄰錨索的距離為1.8 m，見圖2。

圖2 9102 工作面切巷頂板聯(lián)合支護(hù)斷面

4）切巷擴(kuò)幫施工時(shí)，同樣采用錨桿、錨索、JW型鋼帶聯(lián)合支護(hù)的方式對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，鋼帶上施工5個(gè)鉆孔，相鄰鋼帶的排距為1 m，每根鋼帶上配套5 根左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，相鄰錨桿的距離為0.8 m，二次擴(kuò)幫安裝的鋼帶要與初次安裝的鋼帶交錯(cuò)布置。

5）切巷在進(jìn)行擴(kuò)幫時(shí)，在相鄰兩排鋼帶之間施工一根錨索，第一根錨索安裝在距煤壁側(cè)1.75 m的位置，錨索長(zhǎng)度為8.3 m，直徑為17.8 mm。

6）為了確保半巷掘進(jìn)與二次擴(kuò)幫期間的巷道交叉處頂板完整性，需在其交叉處施工一組組合錨索，相鄰組合錨索的距離為3 m，順著工作面傾向布置，組合錨索是由長(zhǎng)度為0.5 m 的正方形鋼托板與4 根長(zhǎng)度為8.3 m 錨索組合而成。

7）工作面切巷頂板永久支護(hù)全部施工完后，在切巷內(nèi)支設(shè)三排單體柱。具體施工工藝如下：①首先在距離煤壁側(cè)2.0 m 的位置支設(shè)第一排單體柱，相鄰單體柱之間的距離為2.0 m；②在距工作面煤壁側(cè)1.5 m 處支設(shè)第二排單體柱，相鄰單體柱之間的距離為2.0 m，在采煤機(jī)壁龕緊貼煤壁的位置安裝第三排排單體柱；③所有的單體柱安裝完畢后須由專人進(jìn)行查驗(yàn)，確保每根單體柱的支撐應(yīng)力達(dá)到要求，頂板較破碎處的單體柱采用木楔進(jìn)行鑲嵌[5]。

4 巷道頂板下沉量

9102 切巷掘進(jìn)過(guò)程中，在巷道頂板每隔50 m安裝一個(gè)YHW300 型數(shù)顯頂板離層儀。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，巷道掘進(jìn)后0～8 d范圍內(nèi)受頂板蠕動(dòng)變形影響，頂板出現(xiàn)大幅度下沉情形，最大下沉量為0.17 m，在8～18 d范圍內(nèi)在聯(lián)合支護(hù)作用下頂板下沉量得到有效控制，下沉速度降低，最大下沉量為0.24 m，在18 d后聯(lián)合支護(hù)實(shí)現(xiàn)了耦合支護(hù)作用，頂板下沉速率基本為0，見圖3。

圖3 9102 切巷頂板下沉量變化曲線

5 結(jié)論

1）切巷采用了分段掘進(jìn)工藝以及對(duì)頂板采取“組合錨桿（索）+支設(shè)單體柱”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，解決了傳統(tǒng)一次性成巷時(shí)頂板懸板面積大、應(yīng)力大、頂板易破碎垮落等技術(shù)難題，有效控制了大斷面切巷頂板下沉、破碎。

2）通過(guò)與9101 切巷傳統(tǒng)施工工藝對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，9101 切巷與9102 切巷斷面規(guī)格以及巷道長(zhǎng)度基本相同，9101 切巷施工周期為37 d，平均掘進(jìn)速度為4.1 m/d，而9102 切巷采取分段掘進(jìn)工藝后，巷道平均掘進(jìn)速度達(dá)5.4 m/d，掘進(jìn)周期為28 d，大大提高了大斷面切巷掘進(jìn)效率。

3）通過(guò)對(duì)9102 切巷掘進(jìn)過(guò)程中巷道頂板的下沉量觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，巷道掘進(jìn)后0～8 d范圍內(nèi)受頂板蠕動(dòng)變形影響，頂板出現(xiàn)大幅度下沉現(xiàn)象，最大下沉量為0.17 m，在8～18 d范圍內(nèi)在聯(lián)合支護(hù)作用下頂板下沉現(xiàn)象得到有效控制，下沉速度降低，最大下沉量為0.24 m，在18 d后聯(lián)合支護(hù)實(shí)現(xiàn)了耦合支護(hù)作用，頂板下沉速率基本為0。