虎龍溝煤業(yè)巷道快速掘進(jìn)工藝與支護(hù)技術(shù)實(shí)踐

陳 晨

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)挖金灣虎龍溝煤業(yè)有限公司，山西 朔州 038300）

巷道快速掘進(jìn)和穩(wěn)定控制是保證煤礦安全生產(chǎn)和采掘有序接續(xù)的關(guān)鍵，為此國內(nèi)外專家對地下巷道掘進(jìn)與支護(hù)進(jìn)行了大量研究。針對煤層巷道掘進(jìn)，目前普遍采用綜掘技術(shù)，掘進(jìn)速度快，配套綜掘技術(shù)的支護(hù)手段往往是錨桿索支護(hù)，錨桿索支護(hù)具有支護(hù)效果好、成本低的優(yōu)點(diǎn)[1-6]。本文以虎龍溝煤業(yè)51505 巷為工程背景，提出試驗(yàn)巷道快速掘進(jìn)工藝和支護(hù)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)巷道的快速掘進(jìn)和穩(wěn)定控制。

1 工程概況

虎龍溝煤業(yè)51505 巷服務(wù)于81505 工作面，位于東盤區(qū)。81505 工作面開采3-5#煤層，地面標(biāo)高+1 491～+1 583 m，工作面標(biāo)高+1 070～+1 080 m。51505 巷西部與81503 工作面相鄰，南部與盤區(qū)巷相接，北部鄰近塔山煤礦礦界，東部鄰近小窯采空區(qū)，51505 巷布置如圖1所示。3-5#煤層厚度9.51～21.48 m，平均14.51 m，煤層傾角2°～7°，平均4.5°。煤層硬度系數(shù)f=4.5，煤層層理、節(jié)理發(fā)育中等，煤層直接頂為炭質(zhì)泥巖、瑝斑巖，厚度1.50～2.27 m，黑灰色，局部受火成巖侵蝕變?yōu)楝壈邘r；基本頂為粗砂巖，厚度13.15～13.86 m，灰白色，局部有火成巖欺入，巖性為灰綠色；直接底為高嶺質(zhì)泥巖，厚度1.30～2.0 m，深灰色，含炭質(zhì)。51505 巷設(shè)計(jì)沿5#煤層底板掘進(jìn)，矩形斷面，斷面尺寸為4.5 m（寬）×3.5 m（高）。

圖1 51505 巷布置

2 51505 巷快速掘進(jìn)工藝

虎龍溝煤業(yè)51505 巷設(shè)計(jì)沿3-5#煤層底板掘進(jìn)，屬于煤層巷道，掘進(jìn)斷面為矩形斷面，尺寸為4.5 m×3.5 m，3-5#煤層硬度系數(shù)4.5，煤層層理、節(jié)理發(fā)育中等。設(shè)計(jì)采用EBZ-220 型綜掘機(jī)破煤，采用綜掘機(jī)截割時(shí)，嚴(yán)格控制截割高度和寬度，并由下而上的順序截割成所需要的斷面，綜掘機(jī)截割順序如圖2所示。

圖2 綜掘機(jī)截割

虎龍溝煤業(yè)51505 巷沿中線掘進(jìn)，其快速掘進(jìn)工藝主要包括標(biāo)定中線掘進(jìn)、 臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)，具體流程如圖3所示。

圖3 快速掘進(jìn)工藝流程

1）標(biāo)定中線掘進(jìn)，采用EBZ-220 型綜掘機(jī)掘進(jìn)，每沿中線掘進(jìn)1.0 m 后，退出掘進(jìn)機(jī)，修整巷道規(guī)格及尺寸，使巷道斷面形狀及規(guī)格達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2）臨時(shí)支護(hù)，把W 型鋼帶、金屬網(wǎng)鋪在機(jī)載臨時(shí)支架上，將機(jī)載臨時(shí)支架升起，進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。

3）永久支護(hù)，施工頂錨桿、錨索、幫錨桿及幫網(wǎng)，進(jìn)行永久支護(hù)。

4）進(jìn)入下一循環(huán)。

3 51505 巷支護(hù)技術(shù)

根據(jù)試驗(yàn)工作面生產(chǎn)地質(zhì)條件，確定巷道采用錨桿、錨索、W 型鋼帶、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，如圖4所示。

圖4 51505 巷臨時(shí)支護(hù)

3.1 臨時(shí)支護(hù)

（1）51505 巷掘進(jìn)期間采用EBZ220 掘進(jìn)機(jī)機(jī)載臨時(shí)支架作為臨時(shí)支護(hù)。

（2）巷道在掘進(jìn)期間工作面最大空頂距為1 500 mm，最小空頂距為500 mm。

（3）工作面在最大空頂距（1 500 mm）時(shí)必須使用機(jī)載前探梁臨時(shí)支護(hù)。

（4）錨桿緊跟掘進(jìn)頭進(jìn)行支護(hù)，前排錨桿距迎頭達(dá)到相應(yīng)一排錨桿距離時(shí)，及時(shí)打裝錨桿，巷道全斷面掛網(wǎng)，網(wǎng)至少掛到距底板不大于1.0 m 處。

3.2 永久支護(hù)

巷道永久支護(hù)均采用錨桿、 錨索、W 型鋼帶、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，如圖5所示。

圖5 51505 巷永久支護(hù)斷面

（1）錨桿與錨索

①頂錨桿采用直徑Φ18 mm、長度L=2 200 mm（孔深2 100 mm）的左旋高強(qiáng)螺紋鋼錨桿。

②幫錨桿采用直徑Φ18 mm、長度L=1 700 mm（孔深1 600 mm）的左旋高強(qiáng)螺紋鋼錨桿。

③錨索采用直徑Φ17.8 mm、長度L=8 000 mm。

④角錨索采用直徑Φ17.8 mm、長度L=3 000 mm。

（2）錨固劑

采用（2350、2360）兩種型號樹脂錨固劑。

（3）W 鋼帶采用規(guī)格4 200 mm×300 mm×3 mm。

（4）托盤采用規(guī)格250 mm×250 mm×8 mm的鐵托盤。

（5）錨桿排間距

①頂部錨桿排距為1 000 mm，間距為1 000 mm。

②幫部錨桿間距從頂板往下依次為300 mm、1 200 mm、1 200 mm、800 mm，排距為1 000 mm。

③錨索間距為1 000 mm。

④角錨索左幫間距為3 000 mm、右?guī)烷g距為5 000 mm，角度為65°～75°。

（6）頂錨桿托盤必須緊貼W 型鋼帶、幫錨桿托盤必須緊貼煤壁，螺母要擰緊，錨桿外露長度為10～30 mm。頂錨桿預(yù)緊扭矩不小于200 N·m，幫錨桿預(yù)緊扭矩不小于150 N·m。錨索外露長度不大于150～250 mm。

（7）角錨索布置在巷道兩肩角部位，距離巷道頂板100 mm 處。

（8）巷道頂、幫均鋪設(shè)金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)采用規(guī)格為3 700 mm×2 000 mm 的菱形金屬網(wǎng)。

4 巷道掘進(jìn)與支護(hù)效果分析

51505 巷快速掘進(jìn)工藝和支護(hù)技術(shù)應(yīng)用于試驗(yàn)巷道后，有效提高了工作面掘進(jìn)效率，原技術(shù)施工月進(jìn)尺200 m，快速掘進(jìn)新技術(shù)應(yīng)用后，月進(jìn)尺達(dá)300 m，進(jìn)度提高了50%，且實(shí)現(xiàn)了及時(shí)主動(dòng)支護(hù)，巷道圍巖控制效果明顯改善。圖6給出了巷道掘進(jìn)150 d 的圍巖變形曲線。如圖6所示巷道圍巖呈現(xiàn)分階段變形，掘進(jìn)初期，巷道開挖圍巖應(yīng)力由三向約束轉(zhuǎn)變?yōu)槎蚣s束，巷道支護(hù)后，提供支護(hù)反力又由二向約束轉(zhuǎn)變?yōu)槿蚣s束，轉(zhuǎn)變初期巷道變形速度較快，時(shí)間大概持續(xù)45 d，該階段內(nèi)，頂?shù)装遄冃嗡俣仍?～2.5 mm/d 范圍，兩幫變形速度在1.5～2.0 mm/d 范圍； 轉(zhuǎn)變中期，受支護(hù)結(jié)構(gòu)、圍巖承載的影響，巷道圍巖新型速度明顯減緩，時(shí)間大概持續(xù)45 d，該階段內(nèi)，頂?shù)装遄冃嗡俣仍?～1.5 mm/d 范圍，兩幫變形速度在0.5～1.5 mm/d 范圍，變形速度降低了50%左右；轉(zhuǎn)變后期，受支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖自身承載逐漸實(shí)現(xiàn)了巷道的穩(wěn)定控制，巷道頂?shù)装遄畲笞冃瘟考s155 mm，兩幫最大變形量約110 mm。

圖6 圍巖變形曲線

5 結(jié)論

以虎龍溝煤業(yè)51505 巷為工程背景，提出試驗(yàn)巷道快速掘進(jìn)工藝和支護(hù)技術(shù)，巷道采用EBZ-220 型綜掘機(jī)破巖，采用機(jī)載臨時(shí)支架實(shí)現(xiàn)臨時(shí)支護(hù)，采用錨桿、錨索、W 型鋼帶、金屬網(wǎng)實(shí)現(xiàn)永久支護(hù)，掘進(jìn)工藝與支護(hù)技術(shù)應(yīng)用后，有效提高了工作面掘進(jìn)效率，原技術(shù)施工月進(jìn)尺200 m，快速掘進(jìn)新技術(shù)應(yīng)用后，月進(jìn)尺達(dá)300 m，進(jìn)度提高了50%，改善了巷道圍巖控制效果，巷道穩(wěn)定后，頂?shù)装遄畲笞冃瘟考s155 mm，兩幫最大變形量約110 mm，實(shí)現(xiàn)了51505 巷的快速掘進(jìn)和穩(wěn)定控制。