立體交叉巷道掘進、支護工藝改進方案與應用

劉建君

（晉能控股煤業(yè)集團公司，山西 大同 037001）

1 概述

塔山煤礦三盤區(qū)2305 順槽設計長度為2 600 m，規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.1 m，巷道沿山西組2#煤層掘進，煤層平均厚度為3.05 m，采用綜合機械化掘進工藝，截止2020年3月7日巷道已掘進1 400 m。

2305 順槽原支護設計為：頂板主要采用“錨桿（索）+金屬網(wǎng)”聯(lián)合支護，頂板錨桿長度為2.5 m，直徑為22 mm，每排布置5 根，排間距為1.0 m；頂板錨索長度為5.3 m，直徑為17.8 mm，每排布置3根排距為1.5 m，間距為3.0 m，金屬網(wǎng)采用棱形網(wǎng)，網(wǎng)格為50 mm×50 mm，規(guī)格為長×寬=6.0 m×2.0 m，見圖1。

圖1 2305 順槽原頂板支護斷面

2305 順槽掘進至1 426 m 將進入2#三盤區(qū)皮帶巷下方，見圖2。兩巷頂-底間距為2.0 m，交叉段長度為5.0 m；且兩巷頂-底間巖體主要以炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，巖層整體穩(wěn)定性較差。

圖2 2305 順槽平面布置

由于巷道掘進至1 426 m 處時兩巷頂—底間距為為2.0 m，若采用掘進機一次性成巷掘進工藝，在應力作用下很容易導致頂板垮落，而且傳統(tǒng)錨桿（索）支護在過巷段無法達到高強度支護效果，不利于頂板安全維護，故而在交叉段改用分層爆破施工工藝，并改用“穿層錨索+工字鋼棚”聯(lián)合支護技術。

2 過巷段分層爆破施工工藝

1）巷道從1 400 m 處首先采用掘進機以5°下山掘進，掘進長度為23 m（1 423 m 處），巷道下山掘進到位后保證2305 順槽與2#三盤區(qū)皮帶巷之間頂-底間距達到3.5 m。

2）巷道掘進至1 423 m 處及時將工作面永久支護施工到位，并對巷道采用分層爆破施工[1]，巷道分為兩個分層斷面，下段面規(guī)格為寬×高=4.5 m×2.0 m，上斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×1.1 m。

3）巷道下斷面采用光面爆破施工工藝，共計布置28 個爆破鉆孔；其中：掏槽孔4 個，孔深為1.6 m,單孔裝藥量為1.2 kg，輔助孔10 個，孔深為1.4 m，單孔裝藥量為0.9 kg，周邊孔14 個，孔深為1.4 m，單孔裝藥量為0.9 kg；光面爆破孔采用1#、3#、5#三種毫秒延期電雷管起爆，每段延期時間為130 ms。

4）巷道上斷面采用松動爆破施工工藝，上斷面共計布置兩排松動爆破孔，孔深為1.0 m，每排布置5 個，排距為0.5 m，第一排松動爆破孔距頂板間距為0.3 m（按爆破最小抵抗線為0.5 m），每個爆破孔填裝一支乳化炸藥，單孔裝藥量為0.3 kg，每次爆破炮孔數(shù)量為1～3 個[2]。

5）巷道爆破施工時先對下斷面進行光面爆破，后對上斷面松動爆破，爆破施工前需對過巷段頂板施工一排超前管棚支護，見圖3，防止爆破施工時受爆破震動影響，導致頂板垮落[3]；巷道分層爆破施工11 m 后繼續(xù)采用掘進機掘進。

圖3 分層爆破期間超前管棚支護剖面

3 過巷段頂板聯(lián)合支護措施

為了保證2305 順槽過巷段頂板施工安全，決定對過巷段頂板采取“穿層錨索+工字鋼棚”聯(lián)合支護技術。

1）穿層錨索施工

2305 順槽掘進至1 426 m 處時對原頂板支護進行優(yōu)化，決定頂板采用穿層錨索支護。

（1）首先對2#三盤區(qū)皮帶巷交叉段進行起底施工，起底深度為0.5 m，起底長度為8 m，人工采用風鎬進行起底施工，起底后保證底板平整。

（2）2#三盤區(qū)底板起底后采用手持式鉆機對底板施工5 排錨索鉆孔，鉆孔穿層至2305 順槽頂板，鉆孔直徑為30 mm，每排施工4 個穿層鉆孔，孔間距為1.1 m，排距為1.2 m。

（3）穿層錨索鉆孔施工完后，依次在鉆孔內(nèi)插入錨索，錨索長度為4.0 m，直徑為21.8 mm，同一排錨索插入鉆孔后在2#三盤區(qū)皮帶巷底板對同一排錨索外露端安裝一根長度為3.8 m，寬度為0.15 m 槽鋼，并采用鎖具進行固定[4]，見圖4。

圖4 2305 順槽過巷段頂板聯(lián)合支護平面

（4）在2305 順槽交叉段頂板同一排錨索外露端安裝一根長度為4.2 m“JW”型鋼梁，并采用鎖具預緊，預緊力不低于320 kN。

（5）2305 順槽交叉段頂板共計施工5 排穿層錨索，所有穿層錨索施工完后對2#三盤區(qū)皮帶巷起底處采用配比為水泥：沙子：石子=1：2：2 的混凝土澆筑，澆筑規(guī)格為長×寬×深=8.0 m×4.5 m×0.5 m，澆筑后確保澆筑面與2#三盤區(qū)皮帶巷底板平整。

2）U29 型鋼棚支護

為了進一步加強交叉段頂板穩(wěn)定性，穿層錨索施工完后在巷道內(nèi)支設密集U29 型鋼棚。

（1）為了提高鋼棚支撐作用力，防止棚腿出現(xiàn)變形現(xiàn)象，鋼棚成梯形狀，每架鋼棚主要由兩節(jié)棚腿、底座兩個，一節(jié)頂梁、四組卡纜、四根連接桿等部分組成；其中棚腿為U29 型鋼制成，棚腿長度為3.3 m，棚腿頂、底端焊制一塊長度為0.3 m，寬度為0.2 m，厚度為5 mm 鋼板，鋼板四個角焊制四個直徑為30 mm 圓孔。

（2）頂梁采用15＃工字鋼梁，長度為4.2 m，寬度為0.15 m，在鋼梁兩端0.5 m 范圍內(nèi)，每隔0.3 m布置兩個直徑為30 mm 圓孔。棚腿底座主要由長度及寬度為0.3 m 錨索托板制成，底座上均勻焊制四個地錨固定孔[5]。

（3）U29 型鋼棚架設順序為：固定底座→安裝棚腿→安裝頂梁→安裝連接桿；在進行棚腿與頂梁固定安裝時根據(jù)頂板壓力情況適當調(diào)整棚腿與頂梁之間安裝角度，棚腿與頂梁之間角度在75°～90°之間。

（4）2305 順槽掘進至1 424 m 處開始架設U29型鋼棚，架設間距為0.5 m，超過交叉段2.0 m 后停止架棚，共計安裝14 架鋼棚，相鄰鋼棚間連接桿必須連接牢固，架棚后若鋼棚頂梁與頂板存在間隙必須采用水泥背板進行填充。

4 結(jié)語

2020年3月14日2305 順槽已掘進至1 440 m，對交叉段采取合理有效的施工工藝及支護技術，現(xiàn)場觀察、測試結(jié)果表明：

1）對2305 順槽過巷段采取分層爆破施工工藝后，解決了傳統(tǒng)掘進一次性成巷時，頂板空頂面積大、支護不及時導致交叉段頂板破碎、垮落等技術難題，加快了巷道掘進速度，并能夠根據(jù)頂板應力變化合理調(diào)整掘進進度，及時對頂板進行支護。

2）2305 順槽交叉段采取 “穿層錨索+工字鋼棚”聯(lián)合支護技術后，對交叉段安裝了頂板下沉監(jiān)測儀，通過20 d觀察發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合支護后交叉段頂板最大下沉量為0.11 m，頂板未出現(xiàn)破碎、斷裂現(xiàn)象，聯(lián)合支護起到了預期支護效果。