薛虎溝礦復(fù)采煤層掘進(jìn)工藝研究

景衛(wèi)星

（霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司團(tuán)柏煤礦， 山西 霍州 031400）

復(fù)采煤層多出現(xiàn)在資源整合礦井中，礦井實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中面臨著許多技術(shù)難題。復(fù)采煤層受到采空區(qū)或空巷的影響，工作面掘進(jìn)或回采工作都出現(xiàn)了很大的不確定性[1-2]。如何避免這種不確定性，加強(qiáng)掘進(jìn)或回采工作的安全性，是許多資源整合型礦井面臨的共同難題[3-5]。因此以薛虎溝礦復(fù)采煤層巷道掘進(jìn)為背景，研究在掘進(jìn)遇空巷、遇采空區(qū)的情況下加強(qiáng)頂板控制、提高掘進(jìn)速度的問(wèn)題。

1 工程概況

霍州煤電薛虎溝煤業(yè)為山西焦煤整合復(fù)采的礦井之一，井田內(nèi)除原薛虎溝煤業(yè)有限公司和麻子溝煤礦外，在井田南部還分布有已關(guān)閉的陳家?guī)X村辦煤礦和三對(duì)私人開(kāi)辦井口，井田面積為4.061 6 km2，礦井生產(chǎn)規(guī)模為90萬(wàn)t/年。井田范圍內(nèi)總體地勢(shì)東高西低，坡度自西向東增大。總體為傾向北西的簡(jiǎn)單單斜構(gòu)造，地層傾角一般1°～7°，斷層不發(fā)育。整合礦井需要對(duì)井田南部地段2、10號(hào)煤層進(jìn)行開(kāi)采，而原有開(kāi)采區(qū)域?qū)?、10號(hào)煤層造成了一定范圍采空破壞。2號(hào)煤層巷道掘進(jìn)過(guò)程中，被小煤窯破壞區(qū)域揭露較多，導(dǎo)致在這種條件下頂板管控較復(fù)雜，支護(hù)材料和掘進(jìn)成本也都顯著增加。

2 復(fù)采煤層巷道斷面掘進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1 巷道斷面設(shè)計(jì)

2.1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

1）根據(jù)礦井現(xiàn)有EBZ-160綜掘機(jī)規(guī)格（凈高1.7 m，機(jī)身凈寬2.55 m，鏟板凈寬3.1 m，機(jī)身總長(zhǎng)度9.8m）和斷面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，鏟板距兩幫預(yù)留0.3m的安全間距，同時(shí)考慮風(fēng)筒、管線的布置狀況，順槽斷面凈寬不低于3.7 m，凈高不低于2.8 m。

2）根據(jù)工作面設(shè)備尺寸計(jì)算：轉(zhuǎn)載機(jī)（寬×高）=1.51 m×2.02 m，馬蹄兒機(jī)尾（寬×高）=2.22 m×1.875 m，設(shè)備自移列車規(guī)格（寬×高）=1.4 m×2.3 m，25T支架搬運(yùn)車（寬×高）=2.2 m×1.9 m。

3）按照設(shè)計(jì)規(guī)范行人道布置留設(shè)不小于1.0 m，非行人道留設(shè)不小于0.3 m，巷道電纜、管路吊掛（按6寸排水管路計(jì)算）留有0.5 m吊掛距離。

2.1.2 設(shè)計(jì)結(jié)果

1）輔助運(yùn)輸大巷。巷道采用5000型U型棚為永久支護(hù)，為直壁半圓拱斷面。巷道毛尺寸（寬×高）=5 500 mm×4 450 mm，凈尺寸（寬×高）=5 000 mm×4 100 mm（其中200 mm底板硬化），拱高為2 500 mm，墻高1 700 mm，棚距800 mm。

2）2-1011巷。巷道采用3500型U型棚為永久支護(hù)，為三心拱斷面。巷道毛尺寸（寬×高）＝4 200 mm×3 150 mm，凈尺寸（寬×高）＝3 500 mm×2 800 mm，拱高1 750 mm，墻高1 050 mm，棚距800 mm。

3）2-1012巷。巷道采用4200型U型棚為永久支護(hù)，為用三心拱斷面。巷道毛尺寸（寬×高）＝4 900 mm×3 550 mm，凈尺寸（寬×高）＝4 200 mm×3 200 mm，拱高2 100 mm，墻高1 200 mm。

2.2 巷道掘進(jìn)方式

目前較常用的掘進(jìn)方式有人工掘進(jìn)、炮掘工藝、綜掘工藝。相比而言，綜掘工藝工人勞動(dòng)強(qiáng)度小、成巷質(zhì)量高、掘進(jìn)速度快，有利于頂板支護(hù)，2號(hào)煤層復(fù)采時(shí)設(shè)計(jì)采用綜掘工藝進(jìn)行施工，具體如下。

1）輔助運(yùn)輸大巷。巷道設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度為1 170 m，開(kāi)口炮掘施工60 m后采用綜掘機(jī)掘進(jìn)。巷道揭露煤層最小厚度為2.5 m，最大厚度為4.5 m，沿底板掘進(jìn)，下部平均存有1.0 m左右原始煤層，其余為復(fù)采煤層。

2）2-1011巷。巷道設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度為560 m，開(kāi)口人工掘進(jìn)20 m后采用綜掘機(jī)施工。巷道揭露煤層最小厚度為3.2 m，最大厚度為3.8 m，沿底板掘進(jìn)，上部平均存有1.0 m左右復(fù)采松軟煤層。

3）2-1012巷。巷道設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度為510 m，開(kāi)口人工掘進(jìn)20 m后采用綜掘機(jī)施工。巷道揭露煤層最小厚度為2.5 m，最大厚度為3.8 m，沿底板掘進(jìn)，上部平均存有1.0 m左右復(fù)采松軟煤層。

2.3 巷道支護(hù)形式

通過(guò)對(duì)錨網(wǎng)梁支護(hù)、梯形棚支護(hù)、半圓拱U型棚支護(hù)、三心拱U型棚支護(hù)對(duì)比分析后得知，錨網(wǎng)梁支護(hù)錨護(hù)強(qiáng)度無(wú)法達(dá)到要求，梯形棚支護(hù)對(duì)端頭和超前位置支護(hù)難度大，半圓拱U型棚支護(hù)需要二次替換支護(hù)，而三心拱U型棚支護(hù)的支護(hù)強(qiáng)度大，控制切實(shí)可行，較符合復(fù)采煤層現(xiàn)狀。

1）輔助運(yùn)輸大巷。永久支護(hù)為直壁半圓拱斷面，U型棚選用 5000（29U）U型鋼棚，棚距 800 mm，每架U型棚使用3根拉桿，正頂1根，棚梁與棚腿搭接處各一根，棚梁與棚腿搭接500 mm，卡纜間距350 mm，卡纜螺栓扭矩不得小于180 N·m，柱窩深度200 mm，頂幫用水泥背板背實(shí)，采用“花背”，水泥背板規(guī)格為1 000 mm×150 mm×80 mm，背板數(shù)量36/37塊，頂幫采用1 200 mm×900 mm的鋼筋網(wǎng)片緊靠棚子全斷面鋪網(wǎng)，金屬網(wǎng)選用Φ6 mm鋼筋焊制，網(wǎng)格大小為100 mm×100 mm，網(wǎng)片搭接100 mm，每100 mm用聯(lián)網(wǎng)絲聯(lián)一道，聯(lián)網(wǎng)用14號(hào)鉛絲，每道不小于三圈。

2）工作面順槽（以2-1011巷重點(diǎn)描述）。永久支護(hù)為三心拱斷面，U型棚選用3500（29U）三心拱U型鋼棚，棚距800 mm，每架U型棚使用2根拉桿連接，棚梁與棚腿搭接處各一根，棚梁與棚腿搭接500 mm，卡欄間距350 mm，卡纜螺栓扭矩不得小于180 N·m，柱窩深度200 mm，頂幫用方木背實(shí)，采用“花背”，方木規(guī)格為1 000 mm×150 mm×80 mm，背板數(shù)量24/25塊，頂幫采用鋼筋網(wǎng)片緊靠棚子全斷面鋪網(wǎng)（二牛背以上采用菱形網(wǎng)和鋼筋網(wǎng)雙層鋪設(shè)，鋼筋網(wǎng)緊貼U型棚），鋼筋網(wǎng)規(guī)格為Φ6 mm×1200 mm×900 mm，網(wǎng)格大小為100 mm×100 mm，菱形網(wǎng)規(guī)格為3 500 mm×900 mm，網(wǎng)格大小為40 mm×40 mm，網(wǎng)片搭接100 mm，每100 mm用聯(lián)網(wǎng)絲聯(lián)一道，聯(lián)網(wǎng)用14號(hào)鉛絲，每道不小于三圈。

3 復(fù)采煤層巷道斷面掘進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 輔助運(yùn)輸大巷支護(hù)形式

輔助運(yùn)輸大巷開(kāi)始施工時(shí)，采用錨網(wǎng)梁、錨索、U型棚、噴漿復(fù)合支護(hù)。錨網(wǎng)梁、錨索作為超前支護(hù)，U型棚滯后錨桿支護(hù)5 m，最后進(jìn)行集中噴漿。此項(xiàng)支護(hù)巷道支護(hù)成本過(guò)大，施工過(guò)程中不斷對(duì)2號(hào)煤頂板壓力觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，偽頂和直接頂已基本跨落，老頂局部下沉，已至穩(wěn)定，通過(guò)觀測(cè)，剔除錨網(wǎng)梁、錨索支護(hù)，直接采用U型棚、噴漿聯(lián)合支護(hù)作為永久支護(hù)方式，不但節(jié)約材料消耗，而且噴漿對(duì)小煤窯破壞區(qū)的漏風(fēng)問(wèn)題可以有效管控。因此，輔助運(yùn)輸大巷采用U型棚、噴漿聯(lián)合支護(hù)。

3.2 巷道沿頂?shù)装寰蜻M(jìn)形式

由于順槽巷道掘進(jìn)時(shí)煤層厚度大于巷道高度，沿底板掘進(jìn)復(fù)采煤偽頂難以留存，造成背頂量增加、材料投入加大。為解決這一問(wèn)題，在2-1011巷嘗試沿2號(hào)煤頂板掘進(jìn)，在施工60 m后，發(fā)現(xiàn)U型棚腿不能落至實(shí)底，導(dǎo)致棚腿回縮嚴(yán)重，而且由于復(fù)采煤層酥軟，永久支護(hù)后，頂板及兩幫來(lái)壓，造成U型棚扭曲變形以及回采過(guò)程中支護(hù)材料難以回收利用。因此，巷道掘進(jìn)擬采用沿底板掘進(jìn)施工。

3.3 幫部背板形式

2-1012巷施工期間為減少支護(hù)材料消耗，嘗試在棚腿上焊制3根擋板（二牛背1根，直墻部2根），貼煤壁鋪設(shè)菱形網(wǎng)，而后將木背板放在擋板上，每架U型棚直墻部共鋪設(shè)6根木背板，施工至40 m后發(fā)現(xiàn)兩幫部受壓變形嚴(yán)重造成幫部大量網(wǎng)包，從而導(dǎo)致巷道整體壓力增大，導(dǎo)致U型棚變形嚴(yán)重。因此，應(yīng)當(dāng)采用木背板正常花背施工。

3.4 U型棚開(kāi)口

在U型棚巷道開(kāi)口時(shí)首先對(duì)開(kāi)口段巷道頂板進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，根據(jù)開(kāi)口的巷道寬度，在原巷道開(kāi)口段正頂處施工組錨索（超出開(kāi)口巷道兩幫即可）配合槽鋼將U型棚梁懸吊加強(qiáng)支護(hù)，而后將開(kāi)口幫U型棚腿進(jìn)行拆除，并在開(kāi)口巷道進(jìn)行架棚，將開(kāi)口巷道頂板控制住后，對(duì)開(kāi)口處超長(zhǎng)棚梁進(jìn)行切除，并將U型棚垂直交接處勾實(shí)，最后用網(wǎng)片進(jìn)行包裹。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)薛虎溝礦巷道掘進(jìn)工藝的研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)采煤層適宜采用沿底板方式掘進(jìn)，根據(jù)設(shè)備及規(guī)程要求，合理設(shè)計(jì)了巷道斷面形狀尺寸，確定采用U型棚為永久支護(hù)方式。研究結(jié)果在薛虎溝礦應(yīng)用實(shí)踐表明：輔助運(yùn)輸大巷月掘進(jìn)度在130 m左右，工作面順槽月進(jìn)尺量為200 m左右，掘進(jìn)技術(shù)得到一定程度的進(jìn)步，可為復(fù)采煤層掘進(jìn)實(shí)踐工作提供指導(dǎo)。