復雜地質條件下沿頂掘巷實踐

劉燕偉

(平頂山天安煤業股份有限公司 十礦機掘隊，河南 平頂山 467000)

某煤礦項目于上世紀90年代初期建設投產，整個項目設計生產能力為60萬t/a單位，設計有效使用年限為70年，截止目前，該煤礦項目已生產20年。受到多重歷史因素的影響，煤礦礦井中所蘊含的淺部資源已被前期開采不規范的小型煤礦項目所破壞，由此導致淺部底層可被開采的資源已越來越少。針對這一實際情況，為了能夠更好的實現對這部分資源的合理回收，同時達到提高此區域內煤炭開采率的重要目的，要求煤礦企業自身在做好正規性開采的基礎之上，做好對邊角資源的回收工作，確保復雜地質條件下的可采儲量能夠得到有效增加。

一 基本工程概況分析

受周邊斷層結構影響，該工作面煤礦巷道掘進范圍之內的煤層資源賦存存在極為不穩定的變動趨勢，且底板起伏大。測定結果顯示:該區域內原煤厚度最低為7.0m，最高為10.0m，平均煤層厚度為8.0m。同時，該區域內煤層傾斜角角度最小為6°，最大為20°，平均煤層傾斜角角度為13°。從煤質結構上來看，以粉粒狀為主，堅固系數為0.12，直接頂基本構成要素為砂紙泥巖(巖體結構厚度為11.25mm)，向上覆蓋部分泥巖(巖體結構為1.35m)。與此同時，直接底區域絕大部分巖體結構為泥巖—砂質泥巖(巖體結構厚度為8.17m)，同時中間伴隨存在厚度為0.35m單位的灰巖(灰巖中含部分植物化石碎片，穩定性差)。

二 沿頂掘巷工作參數的設計分析

(一)支架結構初始斷面參數設計。結合本文所研究復雜地質條件作用之下，沿頂掘巷巷道的實際用途，同時，在充分考量掘進巷道運輸需求、通風需求、以及管道敷設需求等因素對于巷道設計參數的特殊要求，最終需要將沿頂掘巷過程中，巷道內部支架結構中的初始斷面尺寸控制為(3200×4400) mm單位。

(二)搭接長度參數設計。在沿頂掘巷作業過程中，針對搭接長度進行設計的最主要目的在于:確保巷道掘進過程中，U型鋼架能夠發揮穩定且有效的支護性能。而在有關搭接長度的設計過程當中，有關支架跨度指標以及構件長度指標則是決定搭接有效性以及穩定性的最關鍵指標。結合實踐經驗來看，建議以搭接支架跨度指標為基礎，來確定合理的搭接長度。在搭接支架跨度指標取值＜3.0m的情況下，搭接長度應取值為370mm;在搭接支架跨度指標取值3.0m～3.9m的情況下，搭接長度應取值為400mm;在搭接支架跨度指標取值4.0m～5.0m的情況下，搭接長度應取值為450mm;在搭接支架跨度指標取值＞5.0m的情況下，搭接長度應取值為500mm。

(三)拱頂圓心角參數設計。拱頂圓心角參數設計的合理性是確保沿頂掘巷過程當中，支架結構承載能力有效性以及支架結構可縮性的最關鍵參數之一。一般情況下，需要結合對沿頂掘巷巷道圍巖特性的判定，來獲取有關拱頂圓心角參數的取值情況。實踐操作中，可借助于對普氏地壓學說的合理應用，估算并比較巷道頂板壓力指標與側幫壓力指標的大小。若兩者差值較大，則應當在拱頂圓形角合理取值范圍中選取較大的數值，而若兩者差異較小，則應當在拱頂圓心角合理取值范圍中選取較小數值。

三 沿頂掘巷工作方案的開展分析

(一)對斷層走向的控制。實踐過程中需要采取傳統地質方法，結合研究區域內的基本地質構造資料以及地質素描數據信息，針對復雜地質條件下的斷層走向加以處于研究與分析。與此同時，對于重點懷疑地段而言，需要采取超前地質鉆孔技術方式，實現對沿頂掘巷過程中各種可能出現安全問題的合理控制。在此基礎之上，在煤巷巷道掘進作業的過程當中，需要按照間隔5m～10m單位進行頂底煤的探測作業，結合對頂板以及底板位置煤層厚度的合理監測，達到預測沿頂掘進巷道前方位置地質構造變化情況的合理評估與判定。按照此種方式，還能夠實現對掘進巷道方向以及坡度的動態性調整，以此種方式確保沿煤掘巷巷道能夠準確貫通。

(二)沿頂掘巷操作流程。在沿頂掘巷作業過程當中，需要采爆破落煤，即炮掘作業方式。在此基礎之上，采取人工性的接煤作業，配合對刮板輸送機設備或者是膠帶輸送機設備的合理應用，達到向外運煤的目的。在整個沿頂掘巷的處理過程當中，還需要做好對待挖掘煤巷巷道的通風處理，保障臨時支護結構有效的基礎之上，進行掘進煤巷的出煤作業，出煤作業完成之后，針對整個沿頂掘巷巷道進行永久性支護處理。

(三)專用工字鋼加固處理。在針對復雜地質條件下沿頂掘巷施工處理的過程當中，對于因斷層作用而引發的掘進巷道煤層松軟問題，以及無法站牢的支架結構而言，需要應用專用工字鋼對這部分區域進行合理的加固處理。具體的操作方式為:使用專用工字鋼裝置，分別于掘進巷道的兩側位置對其進行聯鎖加固處理。通過此種方式，可實現對巷道支架結構整體穩定性性能的合理提升，以此來保障巷道支護的有效性。

(四)松幫卸壓處理。在沿頂掘巷作業的實施過程當中，完成U型鋼拱形棚裝置的架設作業之后，可能會存在一定的憋幫或者是煤兜問題。針對這一問題，需要現場施工作人員及時對其進行卸壓處理。通過卸壓作業的方式，可最大限度的減緩因圍巖結構作用力對支架部件所產生的不利影響。不但如此，對于沿頂掘巷過程中出現圍巖結構干燥松軟的問題而言，需要現場施工作業人員及時對其進行注水處理，防止施工過程中出現空頂或者是空幫等問題。在此基礎之上，為最大限度的防止圍巖結構應力改變而造成沿頂掘巷過程中出現新的應力，應當針對這部分區域，應用硬性材料對其進行背實處理，重新打好網及竹笆，防止出現漏煤漏矸等問題。

四 結束語

本文詳細分析了在復雜地質條件下，沿頂掘巷作業的開展情況。證實了:在復雜地質作用之下，沿頂掘巷作業的突出優勢，通過對支架結構初始斷面參數、搭接長度參數以及拱頂圓心角參數的合理確定，充分把握施工重點，能夠最大限度的實現松幫讓壓以及卸壓等關鍵技術的充分融合。按照此種方式，能夠最大限度的消除復雜地質條件對巷道掘進以及回采作業的不良影響，希望引起重視。