大斷面切巷施工支護工藝研究與應用研究

趙曉強

（西山煤電集團馬蘭礦，山西 古交 030205）

1 工程案例

西山煤電集團公司馬蘭礦位于山西省古交市西南15km，井田面積104.4km2，礦井設計生產能力4.0Mt/a。馬蘭礦井田共賦存 02#、03#、2#、3#、4#、6#等九層煤，煤層總厚度為13.34m，現主要開采煤層為02#、2#、8#煤層。井田地質構造相對簡單，采區內無大的地質構造，多為小斷層。

28307工作面位于北三下組煤采區右翼，皮帶巷、軌道巷均開口于北三下組煤軌道下山，皮帶巷里程1130～1158m東南側實體最小間隔11m為28110采空區，軌道巷938～1130m西北側實體最小間隔40m為28106采空區。工作面上部間隔65～84m為22307采空區及實體煤柱，其他位置暫無工程。28307工作面回采煤層為石炭系太原組8號煤層，屬近水平穩定可采厚煤層。煤層結構簡單，煤層普氏硬度2.0～2.5。煤層頂板從下到上依次為：炭質泥巖，平均厚度為1.5m；泥巖，平均厚度為3.5m；中粒砂巖，平均厚度為5.2m。

圖1 28307工作面切巷施工設計平面圖

28307工作面切巷設計長度為178m，巷道寬度為8.5m，巷道高度為3.5m，如圖1所示。傳統采用一次性成巷的方法施工中切巷，采用單一錨桿支護頂板。由于28307工作面切巷頂板存在偽頂，巷道在爆破施工過程中頂板極易破碎，出現局部冒頂現象，同時28307工作面上部為22307采空區，受壓力影響工作面切巷在施工過程中壓力較大，采用傳統的施工方法及支護工藝不利于巷道施工安全及頂板維護，對此馬蘭礦決定采用半巷掘進施工方法以及頂板采用“JW”鋼帶配合錨網索交錯式布置并架設密集支柱施工工藝。

2 施工方法

（1）首先在28307皮帶巷盡頭靠近采空區一側開口施工，由于28307切巷開口位置位于兩巷交叉地帶，防止因爆破震動造成三角地帶頂板垮落事故發生，切巷開口前5m范圍內采用風鎬人工掘進，嚴禁爆破施工。

（2）28307切巷掘進5m后采用全斷面光面爆破施工，施工斷面規格為寬×高=5.0×3.5m，為了便于巷道掘進后采空區一側煤壁維護，在爆破鉆眼施工時必須確保采空區一側幫鉆孔與工作面夾角不低于87°。

（3）當28307切巷掘進至158m時進行探巷工作，每掘進一個循環探巷距離不得低于5.0m，且每班掘進進度不得超過2m，當巷道掘進至172m時嚴禁采用爆破施工，應人工采用風鎬掘進，確保28307切巷與回風巷安全順利貫通。

（4）當28307切巷與回風巷貫通后，從切巷頭部沿工作面走向方向開始擴幫，擴幫斷面規格為寬×高=3.5×3.5m，且一次性成巷，擴幫時采用松動爆破施工方法。

（5）為了便于組裝采煤機及刮板輸送機，28307切巷擴幫到位后在切巷尾部施工一個采煤機壁龕，采煤機壁龕斷面規格為：長×寬×高=25×1.5×3.5m。

（6）待28307切巷形成后，在切巷尾部施工一個調車硐室，調車硐室斷面規格為：寬×深×高=5×5×3.5m，在切巷頭部分別施工一個絞車硐室和端頭支架硐室，兩硐室斷面規格相同為：寬×深×高=5×3×3.5m，具體位置如圖1所示。

3 支護工藝

（1）為了確保初次半巷掘進開口施工安全，在28307切巷開口位置施工一根鎖口鋼梁，鋼梁長度為4.8m，每根鋼梁配合三根長度為5.3m預應力鋼絞線，同時在切巷與28307皮帶巷交叉位置施工一組組合錨索，組合錨索由規格為長×寬=0.6×0.6m鋼托板以及5根長度為8.3m預應力鋼絞線組成。

（2）28307半巷掘進時頂板采用錨桿、錨索、“JW”型鋼帶聯合支護，頂板采用6孔長度為4.8m“JW”型鋼帶，鋼帶間距為1.0m，垂直切巷布置，每根鋼帶配套6根長度為2.5m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每根錨桿垂直頂板布置，錨桿間距為0.9m，如圖2所示。

（3）在初次半巷掘進期間，切巷頂板每排布置兩根錨索，錨索長度為8.3m，錨索與頂板采用鋼托板及鎖具進行預緊，錨索間距為1.8m，第一根錨索施工在距采空區側煤壁1.15m處，每排錨索施工在相鄰兩根鋼帶中間，錨索排距為2.0m。

（4）二次擴幫時頂板同樣采用錨桿、錨索、“JW”型鋼帶聯合支護，頂板鋼帶長度為3.2m，每根鋼帶配套5根長度為2.5m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間距為0.8m，鋼帶排距為1.0m，該鋼帶與初次半巷掘進時頂板鋼帶成交錯式布置。

（5）二次擴幫時頂板每排施工一根錨索，錨索排距為2.0m，錨索施工在距采煤側煤壁1.75m處且位于相鄰兩根鋼帶中間，錨索長度為5.3m。

（6）為了避免半巷掘進斷面與擴幫斷面交界處頂板支護不到位出現冒頂事故，在分次掘進邊界位置施工一組組合錨索，組合錨索沿工作面傾向方向布置，組合錨索間距為3.0m，每組組合錨索由規格為寬×長=0.5×0.5m鋼托板及四根長度為8.3m錨索組成。如圖2所示。

圖2 28307工作面切巷施工支護斷面平面圖

（7）為了進一步加強28307工作面切巷頂板穩定性，待切巷頂板永久支護全部施工完后，在巷道內支設三排單體支柱，第一排單體支柱支設在距采空區一側煤壁2.0m處，單體柱間距為2.0m，第二排單體支柱支設在距采煤一側煤壁1.5m處，支柱間距為2.0m，第三排支柱支設在采煤機壁龕處且緊貼煤壁，支柱間距為1.5m，所有支柱沿工作面傾向布置，支柱與頂板采用木楔接觸嚴實，必須保證支柱支撐力符合設計要求。

（8）為防止煤壁炸幫影響工作面準備工作，在采空區一側及采煤一側煤壁分別施工三排護幫，護板間排距為1.0m，護幫錨桿采用長度為2.0m玻璃鋼錨桿。

4 結語

由于回采工作面切巷斷面較大，采用傳統一次性成巷時，巷道頂板暴露面積較大且支護不及時，對于軟巖煤層頂板很容易發生重大頂板垮落事故。馬蘭礦在施工28307工作面切巷時采用半巷分次掘進施工工藝，對切巷頂板施工錨桿、錨索、“JW”型鋼帶以及組合錨索等永久支護，架設單體支柱作為臨時支護。與傳統的一次性成巷施工工藝相比，28307工作面切巷提前3d完成巷道掘進任務，加快巷道掘進速度，避免了頂板支護二次返工，提高了頂板支護效果，取得了顯著的經濟效益和安全效益。