超寬矩形切眼一次成巷施工方法

潘昱光，劉建華

（中鼎國際工程有限責任公司礦山隧道建設分公司 第三工程處，江西 南昌330096）

近年來，煤巷錨桿、錨索、鋼帶、網片聯合支護技術發展相當迅速，聯合支護技術顯著提高了煤巷支護效果。在該支護技術的保障下，陜西建新煤化有限責任公司建新煤礦在施工41盤區4103切眼時成功實現了“左－右－左”一次成巷施工，該施工方案的成功應用，在于該切眼聯合支護設計的合理，施工時采取的方案科學，制定的措施有效。

1 設計概況及地質條件

1）陜西建新煤化有限責任公司建新煤礦4103切眼設計斷面為矩形，掘進斷面寬8.3m，高3.3m，掘進斷面27.39m2，切眼長180m。采用錨桿、錨索、網片、鋼帶聯合支護。頂部錨桿采用Φ20mm×2500mmⅡ級螺紋鋼，托盤采用Q235鋼板，規格為8mm×150mm×150mm；金屬網采用網目100mm×100mm的Φ6mm鋼筋焊接網，面積1000mm×2000mm，網與網之間壓邊搭接100mm，聯網間距100mm；錨索采用Φ21.8mm×8000mm鋼絞線，錨索采用3節Z2360樹脂藥卷錨固，預緊力200kN；錨桿、錨索均打在礦用T鋼帶（T100－L4200／6）上，鋼帶排距800 mm。非采煤幫部錨桿采用Φ20mm×2500mmⅡ級螺紋鋼，托盤采用Q235鋼板，規格為8mm×150mm×150 mm；網片采用12＃鐵絲菱形網，網目40mm×40mm，規格1200mm×3000mm，網與網之間壓邊搭接80mm。采煤幫部錨桿采用Φ20mm×2500mm玻璃鋼，托盤采用塑料托盤；網片采用塑料網，網目40mm×40mm，規格2000 mm×3000mm，網與網之間壓邊搭接80mm。錨桿均采用2節Z2360樹脂藥卷錨固，間排距均為800mm×800 mm，矩形布置。網片均用不小于12＃鐵絲綁扎（參見圖1）。

2）切眼布置于4－2煤層中，煤層傾角5°～7°，平均厚度6.95m，煤層賦存穩定，頂板比較完整。偽頂為灰色、灰黑色泥巖及炭質泥巖，質軟，易冒落，穩定性差，厚度0～0.4 m。直接頂為灰色、灰白色中厚層狀粉砂巖及砂質泥巖，屬較穩定性頂板，厚度16m。底板為灰色、紫雜色炭質泥巖為主、少量灰白色泥質砂巖，見水易膨脹。厚度1.6～5m左右?；镜滓曰疑液谏鄮r為主，屬不穩定性底板。

圖1 頂板支護示意

2 支護參數驗算

2.1 錨桿參數驗算

頂錨桿通過懸吊作用，幫錨桿通過加固幫體作用，達到支護效果的條件，應滿足：

式中：L為錨桿總長，mm；L1為錨桿外露長取100mm；L2為有效長度（頂錨桿取免壓拱高b，幫錨桿取煤幫破碎深度c），mm；L3為錨入巖層內深度（頂錨桿取1000，幫錨桿取600），mm。

普氏免壓拱高：

式中：B、H為巷道掘進跨度和高度，B＝8.3m，H＝3.3m；f頂為頂板巖石普氏系數，f頂取4；ω幫為兩幫圍巖的內摩察角，取71.34°。

依據公式（1）計算得出，頂錨桿長為2273.625mm，幫錨桿長為1611mm。

所選頂錨桿長為2500mm，大于2273.625mm，幫錨桿長為2500mm，大于1611mm，均能滿足計算要求。

2.2 錨索參數驗算

按錨索所能懸吊的重量校核錨索的排距：

每根錨索懸吊巖體重量G＝γL2a2，錨索錨固力Q應能承擔G的重量。為了安全，再考慮安全系數k，取k＝2。

式中：γ1為煤的容重，14kN／m3；γ2為泥巖的容重：26.6kN／m3；L1為煤的厚度，取3m；L2為直接頂的厚度，取1m。

Φ21.8mm錨索錨固力Q≥200kN，將數據代入公式（2）得a為1.2m。

所設計錨索排距為0.8m，小于1.2m，能滿足計算結果。

2.3 懸吊理論校核錨索間距

式中：L為錨索間距，m；B為巷道寬，取8.3m；H為巷道最大冒落高度，取2m；γ為巖石的容重，取30kN；p為錨索排距，1.1m；F1為錨索錨固力，200kN；F2為錨索極限承載力，230kN；n為錨索排數，取1；θ為錨桿與巷道頂板的夾角，75°。

將數據代入公式（3）計算，錨索間距L為2.56m。所設計錨索間距為1.6m，小于2.27m，能滿足設計要求。

3 施工方案

制定“左－右－左”一次成巷施工法。將切眼全斷面按中線分割成為左、右兩個斷面，第一個循環先施工左半部4.15m按循環進尺1.6m截割，掘完一個循環后，立即用懸掛式前探梁進行臨時支護，臨時支護完成后，施工人員站在臨時支護下方進行錨桿、錨索、網片、鋼帶支護，如此完成一個作業循環。第二個循環施工右斷面，方法同第一個循環。第三個循環施工左斷面，方法同第一個循環。

圖2 巷道斷面

每個大班完成3個作業循環（圖2）。

4 施工工藝

此切眼施工工藝采用的是掘進機—膠帶轉載機—刮板輸送機—帶式輸送機機械化作業線。主要設備是EBZ－150A掘進機和SGB620／40T型刮板輸送機。掘進機截割下來的煤（巖）通過裝載機構（一運）經膠帶轉載機（二運）卸給其下方的刮板輸送機，經過刮板輸送機輸送后再卸給其下方的帶式輸送機，經帶式輸送機輸送后經溜煤斗載到輔運大巷帶式輸送機運輸設備上，這樣可保證截割下來的煤不間斷地運出。該作業線在機械正常工作時能夠連續運輸。當每班掘進完，掘進機停機工作面支護時，利用該段時間延長鏈條接槽板。

5 施工效果及經濟效益分析

5.1 施工效果

掘后連續一個月進行巷道收斂監測，監測結果表明，頂板平均下沉41mm，左幫平均收斂23mm，右幫平均收斂35 mm，平均底鼓253mm?；具_到設計和安裝要求，監測結果證明該切眼聯合支護設計合理，施工時采取的方案合理，工藝、措施有效（圖3、圖4）。

圖3 底鼓收縮曲線

圖4 頂、幫收縮曲線

5.2 直接經濟效益

采用“左－右－左”一次成巷施工法后較以往4101、4102工作面切眼二次成巷施工方法省去了單體液壓支柱、π型梁、一次巷玻璃鋼錨桿、塑料網等材料及人工，相對于切眼二次施工大大節省了材料的消耗，并且節省了人工費用，縮短了施工工期。

6 結語

切眼支護設計合理，在支護的保障下，成功實現“左－右－左”一次成巷施工方法。該支護方案及施工方法在該礦今后的經濟效益和長遠發展將產生比較大的影響，為礦井的安全、快速掘進提供比較好的方案，具有較好的實用前景。