掘進巷道快速過陷落柱施工工藝研究

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［摘要］針對井下掘進巷道在遭遇陷落柱等地質構造時采用爆破掘進工效低、人員勞動強度大等問題，結合常村煤礦東翼膠帶運輸巷揭露的實際地質情況，對巷道原有的施工工藝和支護方式存在的問題進行研究分析，制定一系列有針對性的技術措施，從而提高巷道過陷落柱時的掘進效率，同時支護效果得到明顯改善。現(xiàn)場試驗結果表明：采用制定的一系列綜合技術措施后，巷道掘進日進尺由2m提高到了5m，巷道頂板下沉量<200mm，巷道兩幫移近量<300mm，巷道整體支護效果良好。

［關鍵詞］陷落柱；錨網支護；壁后注漿；動態(tài)監(jiān)測

1工作面概況

常村煤礦主采煤層為二1煤層，平均煤層厚度5.5m。東翼膠帶運輸巷位于常村煤礦13采區(qū)東翼，巷道地面標高+539.7～+575.9m，井下標高-100～-138m。巷道直接頂為厚度2.98m泥巖，老頂為厚度6.23m大占砂巖；直接底為厚度0.93m砂質泥巖，老底為厚度2.29mL8灰?guī)r。該大巷布置在二1煤層中，沿二1煤層頂板施工，巷道施工斷面為直墻斜頂斷面，采用錨桿（索）、金屬網和W鋼帶梁聯(lián)合支護，巷道凈寬5m、凈高3.5m、斷面面積17.5m2。東翼膠帶大巷整體為單斜構造，掘進區(qū)域煤層疏松易破碎。根據(jù)礦井地質資料顯示，巷道在掘進至1240m處時，將揭露DY30陷落柱，預計陷落柱短軸長40m，長軸長50m，預計巷道在向前施工45m后將會通過該陷落柱。

2原巷道掘進施工過陷落柱存在問題

2.1施工工藝工序存在的問題

礦井原巷道掘進施工采用EBZ-160型懸臂式掘進機進行巷道割煤掘進作業(yè)，在巷道掘進施工作業(yè)過程中，若遭遇陷落柱，在巖石硬度系數(shù)≤5時，則使用綜掘機直接截割陷落柱巖石的方式進行掘進；在巖石硬度系數(shù)>5時，綜掘機截割巖石難度較大，容易損壞設備，此時通常采用爆破的方法進行掘進，在工作面迎頭進行打眼裝藥爆破后，采用綜掘機進行出矸。因為EBZ-160綜掘機功率較小，掘進巖石硬度系數(shù)較大的矸石難度大，出矸裝運矸石時容易出現(xiàn)機器卡絆的現(xiàn)象；而且，因為該掘進機作業(yè)時負荷大，長時間運行時容易出現(xiàn)設備油溫過高、油管接頭滲油或者崩裂現(xiàn)象，造成施工效率降低。采用爆破掘進施工時，由于巷道斷面大，施工的炮眼多，且爆破工序及前期準備工作繁多，造成爆破掘進施工進度慢，人員勞動強度大、工效低。因此，在巷道過陷落柱施工時，由于工藝工序復雜、勞動強度增大，所以施工效率降低［1］。

2.2支護方式存在的問題

東翼膠帶運輸巷采用錨網索配W鋼帶梁聯(lián)合支護，其中采用的錨桿為準22mm×2400mm左旋無縱筋錨桿；托盤采用直徑150mm、厚10mm的鋼板制成；鋼筋網采用準6.5mm鋼筋制作，網片規(guī)格1200mm×2000mm，網孔規(guī)格60mm×60mm；采用型號為Z2350和K2350錨固劑，規(guī)格準23mm×500mm，質量640g±10g。錨桿布置：巷道頂部布置7根錨桿，頂板兩側錨桿距肩窩100mm，其余錨桿間距800mm，排距1000mm；幫部布置5～7根錨桿（根據(jù)煤層傾角確定），最頂部錨桿距肩窩100mm，第2根錨桿間距400mm，最下部錨桿距底板不大于100mm，其余錨桿間距800mm，錨桿預緊力矩不低于260N•m。錨索布置：巷道頂部錨索采用準18.9mm×7200mm鋼絞線，呈“4-4”布置，間排距1500mm×800mm；幫部錨索采用準18.9mm×4200mm鋼絞線。每個錨索孔采用1節(jié)K2350型快速樹脂錨固劑和2節(jié)Z2350型中速樹脂錨固劑錨固，托盤規(guī)格為300mm×300mm×16mm，錨索預緊力不低于100kN。巷道支護斷面如圖1所示。在巷道過陷落柱掘進施工期間，由于頂板巖層破碎、整體性差，巷道頂部錨桿（索）錨固力很難達到設計要求，造成頂板錨桿（索）支護效果差，存在較大安全隱患。在巷道施工過程中，為確保巷道支護質量合格，保證施工安全，需在原巷道采用錨網索支護的基礎上，在距離掘進巷道迎頭10m位置開始采取架設36U型鋼棚進行加強支護。U型鋼棚巷道凈下寬5600mm，凈高3500mm，棚距800mm，每棚使用3根拉桿，每幫使用3套卡纜，梁腿搭接500mm，空幫空頂處使用背板背實，支護形式如圖2所示。采用U型鋼棚支護時，需人工挖柱窩，抬運U型鋼棚，架棚時需多人配合施工，人員勞動強度大，施工難度大，安全系數(shù)低，且增加了人員力量投入，造成掘進作業(yè)施工工效降低，影響掘進進尺，造成礦井采掘接替緊張。

3過陷落柱掘進工藝優(yōu)化方法

3.1掘進裝備改進優(yōu)化

由于原巷道掘進時采用爆破掘進工藝，該工藝工序多，人員投入多，效率低。為解決該施工工藝難題，需使用大功率機械化裝備代替炮掘工藝來快速過陷落柱。在東翼膠帶運輸大巷安裝使用了EBZ260型巖巷掘進機機組用來掘進割巖，該巖巷掘進機截割和裝載功率高、破巖裝巖能力強，可以截割巖石硬度系數(shù)＞5的全巖巷道，對地質條件較差的工作面適應能力強。因此，在采用該巖巷掘進機組后，工作面過陷落柱期間，不再對巖石進行爆破，減少了打眼裝藥爆破工序，同時由于該機組裝巖能力強，在掘進迎頭出碴期間，不會出現(xiàn)溜子卡碴現(xiàn)象，從而大大提高掘進施工效率，實現(xiàn)了過陷落柱期間的快速掘進。用來填充巷道巖層裂隙，使巷道圍巖形成一個整體，提高巷道圍巖結構穩(wěn)定性，從而提高其承載能力［2］。采取壁后注漿時，分別在距巷道兩幫頂部1m和2m位置各施工1個注漿孔，注漿孔排距為2m，注漿采用525水泥搭配水玻璃攪拌均勻后進行注漿。（4）巷道頂部全錨索支護。當巷道掘進過陷落柱時，若巷道頂板錨桿（索）錨固力達不到設計要求時，采取變更巷道頂板支護方式的措施，即在巷道頂部全部采用錨索支護，不再使用錨桿，采用全錨索支護時，其間排距按照原設計的錨桿間排距進行施工，并采取錨索全長預應力錨固，從而提高巷道頂部錨索的錨固力。（5）巷道噴漿封閉。由于所施工東翼膠帶運輸巷的巷道直接頂為泥巖，在掘進揭露直接頂后，極易出現(xiàn)風化破碎變形，同時因揭露的陷落柱對巷道圍巖結構影響較大，易出現(xiàn)圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育。巷道圍巖裂隙內容易進入空氣，從而使圍巖深部受空氣影響出現(xiàn)風化變形，導致巷道圍巖變形破壞更快。因此，為防止巷道圍巖出現(xiàn)風化，從距揭露陷落柱20m位置開始對巷道進行全斷面噴漿封閉。噴漿料采用C20混泥土，巷道平均噴漿厚度在50mm左右。（6）加強頂板圍巖動態(tài)礦壓監(jiān)測。從巷道距揭露陷落柱20m位置開始，每間隔20m布置1個礦壓監(jiān)測分站，每個測站在巷道斷面內布置3個測點進行測量，其中巷道頂部巷中位置布置1個、巷道兩側各布置1個（兩側的測點要求成水平布置）。每個測站安裝MCZ-200、MCZ-300錨桿（索）測力計監(jiān)測錨桿（索）受力狀況，安裝WBY-10頂板離層儀對頂板離層進行監(jiān)測。通過測站實時對巷道圍巖變形進行動態(tài)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)巷道頂板離層變形加大，巷道兩幫位移量增大等情況時，及時組織分析原因，進一步采取補強加固措施。

4實施效果分析

（1）通過在井下現(xiàn)場試驗，采用EBZ260巖巷掘進機組截割巖層過陷落柱時，極大地提高了巷道掘進效率，使巷道掘進日進尺由原來的2m/d提升至5m/d，從而提高了礦井進尺水平，極大地緩解了礦井接替緊張的局面。同時采用掘進機截割，減少了打眼裝藥爆破工序，減少了人員投入，避免了打眼放炮帶來的各種安全隱患。（2）巷道采用全斷面噴漿和壁后注漿措施后，杜絕了巷道表層風化，加固了巷道圍巖結構，減少了巷道圍巖的破壞率，巷道頂板得到了有效控制。（3）通過監(jiān)測分站對巷道頂板下沉量和巷幫位移量進行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，巷道頂板下沉量<200mm，巷道兩幫移近量<300mm，巷道整體支護效果良好。

5結語

在井下巷道掘進過程中遭遇陷落柱等地質構造時，會極大地影響掘進施工效率，增加勞動強度。通過更換巷道掘進裝備，安裝使用大功率的巖巷掘進機組來直接截割巖石，減少了打眼裝藥爆破工序，大大提高了巷道掘進效率。常村煤礦通過采取“提高巷道頂板護表和支護強度、巷道圍巖壁后注漿加固、巷道頂部全錨索支護、噴漿封閉和圍巖動態(tài)實時監(jiān)測”等綜合技術措施，有效提高了巷道支護效果，實現(xiàn)了井下掘進巷道安全、高效、快速地通過陷落柱，為礦井今后過陷落柱等地質構造提供豐富的經驗。

［參考文獻］

［1］馬冠華.巷道掘進過陷落柱支護的優(yōu)化［J］.機械管理開發(fā)，2020，2（2）:38-40.

［2］李杰.掘進巷道過陷落柱安全技術措施研究［J］.山東煤炭科技，2019，4（4）：46-47.

作者：郝宏偉 單位：山西煤炭運銷集團簸箕掌煤業(yè)有限責任公司