頂板破碎大斷面半煤巖巷快速施工技術研究

鄭文賢

（西山煤電集團公司官地煤礦，太原 030022）

頂板破碎大斷面半煤巖巷快速施工技術研究

鄭文賢

（西山煤電集團公司官地煤礦，太原 030022）

隨著礦井開采深度的增加，礦山壓力不斷增大，尤其是地質情況復雜（如斷層、破碎帶、走向坡度大、傾角大、節理發育等），給掘進工作帶來了很多困難，嚴重制約著官地礦掘進施工速度。以官地煤礦北四新區33413工作面正巷皮帶頭頂板破碎大斷面半煤巖巷施工為實例，通過優化施工工藝和巷道支護方式，有效控制了頂板，提高了掘進施工速度和作業安全系數，為類似地質條件下巷道快速掘進施工提供了依據和經驗。

工作面概況；優化工藝；參數；效益分析

官地煤礦屬于高瓦斯礦井，采用綜掘機掘進，掘進速度逐年提高，促進了掘進技術的發展。但是，隨著礦井開采深度的增加，礦山壓力不斷增大，尤其是地質情況復雜（如斷層、破碎帶、走向坡度大、傾角大、節理發育等），給掘進工作帶來了很大困難，如巷道的壓力增大，片幫、冒頂現象時有發生，嚴重制約著我礦掘進施工速度。

官地礦3號煤層位于山西組中下部，上距2號煤2.29～23.8 m，平均7.61 m，北部間距小于南部，煤厚0.23～6.38 m，平均2.82 m。厚煤帶位于井田中部及東北部，南部有3小片尖滅區，含夾石0-3層，厚0.05～0.65 m，巖性為泥巖或炭質泥巖，頂板以砂質泥巖和細砂巖為主，有時具炭質泥巖偽頂，底板多為砂質泥巖或泥巖。據鉆孔及井下生產揭露，2號煤與3號煤間距越大，3號煤愈薄，間距越小，3號煤愈厚。煤層變異系數44%，可采系數82%，屬全井田大部可采的較穩定煤層。

官地礦掘進的單進水平受地質構造的影響效率較低，北四新區3號煤33413工作面正巷設計為機軌合一巷道，皮帶頭40 m內凈寬5.0 m，凈高3.5 m，由于地質構造復雜，斷面大，巷道開口必須先向2號煤穿層再向3號煤穿層施工，采用錨棚聯合支護，施工工作量大。當施工至2號煤層向3號煤層穿層時，由于2號煤松軟托不住，頂板破碎，造成工作面漏頂，勾頂較高，又大大增加了工人的勞動力和安全隱患，嚴重影響掘進速度。為了提高掘進施工速度，減少施工工作量，提高作業安全系數，通過對頂板破碎大斷面半煤巖巷施工工藝及巷道支護研究，采取縮小循環進度，提前往頂板上斜打錨桿、錨索，待掘進機割完半個循環及時加打吊梁，割完整個循環后再加套棚子，有效控制了頂板，提高了工作面的掘進速度和工作效率。

1 33413工作面概況

1.1 地質特征

官地礦北四新區33413工作面地面位于石盒子溝與太古公路之間的山梁上，蓋山厚度295～420 m，平均厚度358 m。地面標高1 357～1 520 m。井下位于北四采區東南部，工作面西南部為33411工作面（正采），西北部為未采區，切眼前方105 m為正前大巷，工作面上部為22427、22429工作面采空區。2號-3號煤層間距約4.79 m。工作面標高1 065～1 110 m。煤層平均厚度3.43 m，煤層傾角2°～11°，該煤層結構簡單，穩定可采。根據官84-9號鉆孔柱狀礦壓觀測資料分析，3號煤偽頂為泥巖，平均厚度0.60 m，直接頂為粉砂巖，平均厚度1.00 m，老頂為細粒砂巖，平均厚度3.19 m，2號-3號煤層間距約4.79 m，2號煤層平均厚度3.34 m，2號煤直接頂為粉砂巖，厚4.06 m，均屬較穩定巖層。

1.2 巷道概況

官地礦北四新區33413工作面所掘巷道均屬北四采區3號煤層，屬1051水平。正巷設計長度為900 m，煤層平均厚度為3.43 m，采用矩形斷面，為機軌合一巷道，皮帶頭40 m內凈寬5 m，凈高3.5 m，凈斷面17.5 m2，沿+3°腰線施工，先向2號煤穿層施工，再向3號煤穿層施工，見3號煤層后跟直接頂掘進。

2 優化施工工藝

過地質構造如斷層、陷落柱、穿層等施工時，通常采用鉆爆法落煤渣，工序繁多，且破壞頂板圍巖嚴重，機械化程度低，作業安全系數低，掘進施工速度緩慢。針對炮掘存在的諸多問題，2號煤軟托不住造成工作面漏頂、勾頂高度高的問題，為了進一步提高掘進施工速度，減少施工工作量，提高作業安全系數，通過認真摸索和現場試驗進行施工工藝優化：

a.引進三一重型裝備有限公司研制的適用于煤巷、半煤巖巷和全巖巷道的EBZ-260H懸臂式掘進機，實現了掘進機械化，有效控制了頂板圍巖，提高了掘進施工速度。

b.綜掘機掘進采取小進度、多循環及時對工作面頂部打上錨桿、錨索臨時支護頂板，防止掘進工作面煤爆現象發生，待割完半個循環及時加打吊梁，一梁兩索，再割完下半個循環后加套棚子，有效控制了頂板，減少了工作面漏頂現象，減輕了施工工作量，既可降低巷道的支護成本，又可提高巷道的掘進施工速度。

c.加強機電設備（溜子、綜掘機）的日常維護與檢修，專職維護工負責處理溜子飄鏈等問題，專人負責維護掘進機運行中可能出現的問題，大大縮短了因機電設備影響掘進的時間。

3 支護參數設計

根據現場實際地質條件，通過實驗和論證對頂板破碎大斷面半煤巖巷施工進行支護優化，選擇合理的支護方式：

a.施工時，如果托住煤，架矩形棚子，采用凈口5.0 m工字鋼梁配合3.5 m工字鋼腿支護頂板，棚距1.0 m，每兩架棚子上鋪加強菱形網，中間加打兩根2.4 m長工字鋼吊梁，一梁兩鎖，錨索采用21.6 mm×6 000 mm，間距2.0 m，“六六”盤幫勾頂。兩幫根據現場實際情況掛網打錨桿加強支護。托住煤時頂板支護圖，見圖1。

圖1 托住煤時頂板支護圖

b.施工時，如果托不住煤，采用架對棚支護，棚距1.0 m，對棚距0.2 m，“六六”盤幫勾頂，鋪加強菱形網施工。托不住煤時頂板支護圖，見圖2。

圖2 托不住煤時頂板支護圖

4 經濟效益分析

根據現場支護材料投入情況來看，木板平均多投入2.1 m3/m，1 420元/m3，每米多套一架工字鋼棚子，11號礦工字鋼梁（5.3 m）1 124元/根，11號礦工字鋼腿（3.5 m）786.8元/根，巷道約40 m，共計可節約資金23萬元。按投入工數來算，采用本工藝后，圓班進尺3 m，比以前多1.5 m，按官地礦33413工作面正巷皮帶頭1 400元/m，圓班投工50個，預計共多投工650個，按每工200元算，可節約16萬元，共計節約39萬元。

5 結束語

通過頂板破碎大斷面半煤巖巷施工工藝優化，采取小進度、多循環及時對工作面頂部打上錨桿、錨索臨時支護頂板，防止掘進工作面煤爆現象發生，有效控制了頂板，減輕了施工工作量，降低了巷道的支護成本，提高巷道的掘進施工速度和施工安全系數，有效地保證了安全生產。此項技術已應用在官地礦北四新區33413工作面正巷皮帶頭大斷面掘進施工，大大提高了掘進施工速度。此項技術可應用在當前煤礦頂板破碎大斷面半煤巖巷掘進施工，適合在煤礦類似地質條件巷道推廣應用。

Rapid Construction Technology in Half-coal-half-rock Roadways with Broken Roof and Large Section

ZHENG Wenxian
(Guandi Mine,Xishan Coal&Electricity Group,Taiyuan 030022,China)

With the mining deepening,the mining pressure increases.The complex geological conditions(e.g.faults,broken areas,deep slope,large dip angle,and joints)bring many problems which seriouslyrestrictthedrivingconstructionspeedinGuandiMine.Takinganexampleofa half-coal-half-rock roadway with broken roof and large section on No.33413 working face of Guandi Mine, the construction techniques and supporting methods were optimized to control the roofs and improve construction speed and safety factor,which could provide a basis for fast driving in the similar geological conditions.

general situation of working face;optimized process;parameters;benefit analysis

TD263.57

A

1672-5050（2015）03-0058-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.03.021

（編輯：劉新光）

2015-03-06

鄭文賢（1976-），男，山西繁峙人，大學本科，工程師，從事采礦技術與管理工作。