李長寶　孫桂梁　徐明亮

(神華集團蘇海圖礦業(yè)有限責任公司)

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大斷面巷道一次成巷技術(shù)的應(yīng)用

李長寶孫桂梁徐明亮

(神華集團蘇海圖礦業(yè)有限責任公司)

摘要為了使大型綜采設(shè)備在綜采面切眼工作面快速安裝，縮短安面周期，實現(xiàn)工作面快速交替，分析了011004切眼二次成巷技術(shù)的應(yīng)用情況及存在的缺陷，提出在011204切眼采用一次成巷技術(shù)。應(yīng)用結(jié)果表明：采用一次成巷技術(shù)，可以確保頂板支護質(zhì)量良好的前提下，有效地降低工人的勞動強度，加快了成巷速度，減少了材料消耗，降低了成本，縮短了施工周期，保證了工作面生產(chǎn)的穩(wěn)定接續(xù)。

關(guān)鍵詞大斷面一次成巷錨桿+錨索+木托板+木點柱聯(lián)合支護

隨著大規(guī)模綜合機械化采煤設(shè)備的普遍應(yīng)用，煤礦生產(chǎn)的安全性及生產(chǎn)能力都得到了非常大的提高，同時也降低了勞動者的工作強度。但是，大型化的液壓支架如何快速安裝等問題也對大斷面巷道的施工提出了新的要求。五虎山礦業(yè)公司對十二層011204切眼的掘進技術(shù)進行了改革，采用一次成巷技術(shù)，解決了大斷面成巷的技術(shù)難題，實現(xiàn)了工作面設(shè)備的安全、快速安裝[1-6]。該技術(shù)的應(yīng)用為相同地質(zhì)條件下的兄弟公司一次成巷施工提供了技術(shù)參考。

1礦井概述

五虎山礦業(yè)公司為設(shè)計生產(chǎn)能力200萬t/a的大型現(xiàn)代化煤礦。井田內(nèi)主要煤系地層為下二疊統(tǒng)山西組和上石炭統(tǒng)太原組，煤層群賦存。煤系地層平均厚280 m，煤層平均厚41.98 m，含煤系數(shù)為15.4%；主要可采煤層平均厚38.18 m，含煤系數(shù)為13.5%。主采煤層為9#，10#，12#煤層。12#煤層平均厚5.80 m，煤層傾角為5°～12°，頂?shù)装鍘r性均勻，無明顯的偽頂；頂板巖性主要為砂質(zhì)頁巖、頁巖；直接頂為平均厚5.39 m的頁巖，老頂為平均厚1.23 m 的砂質(zhì)頁巖。011204切眼沿十二層煤直接頂掘進，頂?shù)装迩闆r見表1。011204位于十二層盤區(qū)南翼，地面標高為+1 226～+1 255 m，工作面標高為+1 015～+1 054 m，011204工作面設(shè)計長1 106 m，傾斜長200 m，面積為221 200 m2。該回采面煤層硬度為2，煤巖類型為半亮-半暗型，細條帶或透鏡體鏡煤條帶，質(zhì)硬性脆，節(jié)理裂隙發(fā)育，傾角為5°～9°。

表1　煤層頂?shù)装迩闆r

2二次成巷技術(shù)

2.1施工工藝

十層切眼掘進凈斷面寬6.1 m，施工工藝為二次成巷，即大斷面開切眼在已施工小斷面切眼的基礎(chǔ)上二次擴幫掘進，其支護形式為圓木梁+單體液壓支柱+棚腿一梁二柱支護；擴幫掘進時與已施工支護好的小斷面切眼的圓木棚相互穿插支護，也使用圓木梁、單體液壓支柱支護；施工設(shè)備均為傳統(tǒng)設(shè)備，采用打眼爆破法和綜掘機截割法掘進。

2.2支護方式

十層切眼斷面為矩形，毛斷面尺寸為3.9 m×2.7 m，該巷道使用φ200 mm圓木棚和高2 800 mm的DZ25型單體液壓支柱聯(lián)合支護。

2.2.1永久支護

(1)棚梁采用φ200 mm圓木，長3 800 mm；棚腿采用DZ25型單體液壓支柱，長2 800 mm。

(2)采用架設(shè)圓木+剎頂木板梁+塑料網(wǎng)接頂支護。圓木棚梁單-單-單布置，棚距為800 mm(中-中)，塑料網(wǎng)搭接長度為200 mm，并用雙股14#鉛絲每間隔200 mm連接一道。圓木棚梁上采用800 m×200 m×50 mm木板梁花背，并用木楔剎緊、背牢。

(3)采用一梁二柱支護，架設(shè)棚時，棚腿應(yīng)向上方傾斜并與頂、底垂線呈1°～2°迎山角，以保持棚的穩(wěn)定性，單體棚腿之間用8#鐵絲連接。

(4)支柱必須緊跟迎頭，嚴禁空頂作業(yè)。所有支柱必須支設(shè)在實底上升緊，柱頭要與棚梁用雙股8#鐵絲捆綁。

2.2.2臨時支護及工序

由于011004切眼設(shè)計高度為2.4 m，受巷道高度限制無法使用綜掘機機載前探梁，臨時支護采用2根前探梁支護，每根前探梁使用4 m長10#槽鋼背靠背用特殊加工的抱卡固定在棚梁上，每根前探梁用2個抱卡固定，前探梁的間距為1 500 mm。

每個循環(huán)完成以后，首先松開抱卡，將前探梁槽鋼前移,并將棚梁架在其上，然后將前探梁移至工作面迎頭煤壁，調(diào)設(shè)平穩(wěn)，在前探梁、鋼梁上方架設(shè)板梁，且用木楔背緊。架棚時不得拆除前探梁，每個循環(huán)出煤前，必須用同樣的方法前移前探梁，架好前探梁后，方可出煤。出煤后立即架棚支護。

2.2.3特殊段支護

011004切眼開口段為綜掘機施工通道，需進行大斷面支護，分2段成巷，分別按凈寬3.5 m的斷面炮掘老塘側(cè)10 m，架設(shè)木棚梁支護，棚距為600 mm(中-中)；然后再按凈寬3.0 m的斷面炮掘劈幫采面?zhèn)榷吻? m，架設(shè)7 m長29#U型鋼棚支護，U型鋼穿插在老塘側(cè)已架好的相對應(yīng)的2根木棚梁之間支護，中對中棚距為600 mm，架設(shè)好U型鋼棚后替下老塘側(cè)的木棚梁，U型鋼用一梁四柱進行支護，中間補打一根點柱以加強支護。

2.3二次成巷的弊端

(1)施工工藝較為復雜，工期較一次成巷長，施工安全系數(shù)低，各種支護材料浪費較多，消耗量大。

(2)炮掘時，擴幫對巷道造成二次傷害，部分錨桿松動，對巷道成形、日后維護等造成影響。

(3)單體液壓支架有時會泄液，造成圓木下沉，剎頂板梁松動；圓木也比較粗，人員上梁時比較費勁，也存在安全隱患。

3一次成巷技術(shù)的應(yīng)用

為了簡化掘進工藝，提高掘進單尺和切眼安全性，縮短綜采面的準備工期，為綜采面創(chuàng)造良好的安裝條件，對011204切眼的掘進技術(shù)進行了改革，采用一次成巷技術(shù)。首先從掘進裝備上入手，采用大功率EBZ200型懸臂式掘進機，定位截割寬度達6.5 m，能夠滿足011204切眼一次成巷的需要(6.5 m×3.3 m)；其次對支護工藝進行優(yōu)化設(shè)計和改革，減少安裝錨網(wǎng)、錨梁工序，加大錨桿、錨索排間距，并在巷道正中間增設(shè)一排木點柱加強支護。

3.1施工方法

011204切眼采用一次成巷方式掘進，先沿南幫老塘側(cè)按斷面寬4.5 m掘進2 m，進行永久支護后，再向北(回采側(cè))擴幫，寬2 m，深2 m，最終形成寬6.5 m的切眼，擴幫后及時進行永久支護，此為一個循環(huán)，以此類推，直到切眼施工完。此方法減少了大斷面巷道掘進時的空頂面積，大大降低了巷道冒頂?shù)目赡苄訹7-12]。

3.2支護方式

3.2.1錨桿支護

3.2.1.1錨桿直徑

根據(jù)桿體承載力與錨固力強度相等的原則進行計算，并根據(jù)錨桿屈服變形后造成頂板離層變形情況進行校核，錨桿直徑取17.7 mm。根據(jù)實際情況，確定使用φ18 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿。

3.2.1．2錨桿長度

錨桿長度計算公式為

(1)

式中，L為垂直錨桿長度，m；L1為錨桿外露長度，取0.1 m；L2為錨桿有效長度，即巷道頂板松動圈的高度，取1.2 m；L3為錨桿錨固長度，取0.5 m。

計算得出L=1.8 m，考慮實際應(yīng)用，取2 m。

3.2.1.3錨桿間排距

根據(jù)每根錨桿懸吊巖石載荷大小確定錨桿間距a與排距b(通常a=b)，即錨桿懸吊巖石載荷等于錨桿的錨固力，則

(2)

式中,a為錨桿間距，m；Q為錨桿的錨固力，70 kN;K為錨桿安全系數(shù)，取2.2；γ為巖石容重，25.2 kN/m3；L2為錨桿有效長度，1.2 m。

計算得出a=1.03 m，錨桿間排距確定為a=b=0.95 m。

頂錨桿采用φ18 mm×2 000 mm螺紋鋼錨桿，間排距為950 mm×950 mm，每排7根，每根頂錨桿用2卷K2335快速樹脂藥卷，并加設(shè)木托板和鐵托板；巷道南幫(老塘側(cè))施工2排φ16 mm×1 800 mm的玻璃鋼幫錨桿，間排距為1 200 mm×1 200 mm，頂排幫錨桿距頂500 mm，每根錨桿用1卷K2335快速樹脂藥卷；巷道北幫(回采側(cè))不進行幫支護。

3.2.2錨索支護

12#煤層直接頂厚5.39 m，頂錨桿長2 m，不能將其錨固在穩(wěn)定的巖層中，未能解決直接頂離層問題。為了提高切眼的安全性能，采用錨索加強支護，錨索長6.3 m，能夠打到老頂砂質(zhì)頁巖內(nèi)，鉆孔直徑為32 mm，沿切眼走向在頂板打設(shè)2排，間排距為1 900 mm×1 900 mm。

3.2.3木點柱支護

由于切眼懸頂面積過大，在巷道正中間打一排木點柱，間距為1 900 mm，木點柱既起信號柱作用，也起支撐作用，同時又能減緩頂板下沉，為切眼施工提供了安全保障。011204切眼支護方式見圖1。

圖1　011204切眼支護方式(單位：mm)

4礦壓監(jiān)測

011204切眼施工過程中，在開口處及200 m處分別安裝了一套頂板離層指示儀，在整個掘進期間對巷道頂板離層進行全程跟蹤監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)只有開口三角區(qū)出現(xiàn)頂板離層現(xiàn)象，但離層量不大，采用補打錨索并增設(shè)木點柱加強支護后，頂板沒有出現(xiàn)進一步離層，其他地方?jīng)]有發(fā)生頂板離層現(xiàn)象。

5技術(shù)經(jīng)濟效益

通過對采用二次成巷工藝和一次成巷工藝掘進的2個相鄰的綜采面切眼比較來看，采用二次成巷工藝工期為35 d，切眼頂板發(fā)生了不同程度的破碎冒落，尤其在斷層破碎帶起吊大件時造成錨桿拉脫，給安裝工作帶來不小的困難，而采用一次成巷工藝工期為26 d，巷道表面相對位移量較小，基本沒有變形，切眼頂板基本穩(wěn)定，沒有發(fā)生冒落事故，減少二次成巷設(shè)備安裝、拆除和部分工序，有效地降低工人勞動強度，加快成巷速度，減少材料消耗，降低成本。

6結(jié)語

采用EBZ200型懸臂式掘進機掘進，錨桿+錨索+木托板+木點柱聯(lián)合支護，一次成巷工藝，避免了對巷道的二次破壞，提高了巷道掘進速度，巷道表面相對位移量較小，切眼頂板基本穩(wěn)定，沒有發(fā)生冒落事故，支護效果良好，為綜采面設(shè)備快速安全的安裝提供了有力保障，成功解決了五虎山礦業(yè)公司生產(chǎn)接續(xù)緊張的問題。

參考文獻

[1]李文科，馬金龍，惠興田，等．綜放大斷面開切眼一次成巷施工技術(shù)研究[J]．煤炭工程，2013(6)：45-47．

[2]張文濤，陳群忠，李愛軍，等．大斷面綜采開切眼一次成巷施工技術(shù)[J]．金屬礦山，2013(7)：20-23．

[3]康紅普，王金華，林?。哳A(yù)應(yīng)力強力支護系統(tǒng)及其在深部巷道中的應(yīng)用[J]．煤炭學報，2007，32(12)：1233-1238．

[4]闞甲廣，張農(nóng)，李桂臣，等．深井大跨度切眼施工方式研究[J]．采礦與安全工程學報，2009(2)：163-167．

[5]朱建明，楊沖．特大斷面開切眼分次掘進支護參數(shù)優(yōu)化[J]．金屬礦山，2012(9)：9-12．

[6]馬良慧，王建軍．新窯煤礦大斷面開切眼一次成巷技術(shù)[J]．煤，2013，22(8)：28-30．

[7]岳擁軍．薄基巖大斷面切眼一次成巷支護技術(shù)實踐[J]．煤炭技術(shù)，2010(8)：77-78．

[8]陳炎光，陸士良．中國煤礦巷道圍巖控制[M]．徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1994．

[9]劉平，賈江偉，劉偉．基于連采施工工藝大斷面切眼一次成巷技術(shù)[J]．煤礦安全，2013，44(3)：89-92．

[10]康紅普．煤巷錨桿支護成套技術(shù)研究與實踐[J]．巖石力學與工程學報，2005(21)：3959-3964．

[11]武劍．特大斷面綜采工作面切眼掘進一次成巷工藝[J]．山西煤炭，2012(3)：75-76，80．

[12]張其朝，李學文．綜采切眼大斷面施工一次成巷技術(shù)[J]．煤炭工程，2007(11)：39-40．

(收稿日期2016-01-19)

李長寶(1966—)，男，總工程師，工程師，016000 內(nèi)蒙古烏海市。