大斷面切巷快速開口施工工藝技術(shù)研究

鄧躍東

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 臨汾 041600）

大斷面巷道開口施工時(shí)受施工工藝、地質(zhì)構(gòu)造、圍巖應(yīng)力以及巷道頂板暴露面積等影響，巷道開口難度大，巷道開口時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)頂板破碎、局部冒落、上覆巖層深部斷裂及大面積垮落等事故，巷道頂板局部范圍內(nèi)形成松動(dòng)圈及裂隙破碎帶，而傳統(tǒng)的錨桿、錨索只能對巷道頂板局部巖層進(jìn)行支護(hù)，對于松動(dòng)圈、裂隙帶等破碎巖體而言，單一錨網(wǎng)支護(hù)效果差。在進(jìn)行大斷面開口施工時(shí)，必須合理分析頂板破碎、冒頂主要機(jī)理，根據(jù)實(shí)際情況采取對應(yīng)的控制措施，只有這樣才能加快巷道開口效率，保證施工安全。本文以山西霍寶干河煤礦有限公司1-209切巷開口施工為例，合理分析了大斷面切巷開口施工時(shí)存在的難題及采取的對策措施，確保大斷面切巷安全高效開口施工。

1 工作面概述

山西霍寶干河煤礦有限公司位于山西省洪洞縣北部，距縣城23km，礦井井田面積為35.6km2，初步設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力3.0Mt/a，批準(zhǔn)可采煤層為1#、2#、10#、11#煤，可采儲量累計(jì)1.69億t，設(shè)計(jì)服務(wù)年限58a。

圖1 干河煤礦二采區(qū)1-209工作面布置示意圖

1-209工作面位于+80水平二采區(qū)南翼，工作面北端為1-2032巷，南端為2-100采空區(qū)，西側(cè)為實(shí)體煤，東側(cè)布置三條采區(qū)大巷，分別為二采區(qū)回風(fēng)巷、二采區(qū)軌道巷、二采區(qū)皮帶巷。如圖1所示。1-209工作面采用綜合機(jī)械化后退式回采工藝。工作面采用一進(jìn)一回的通風(fēng)方式，其中1-2091巷為運(yùn)輸巷，1-2092巷為回風(fēng)巷，兩巷已掘進(jìn)到位。

1-209工作面切巷設(shè)計(jì)長度為178.5m，巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=6.8×2.4m，巷道從1-2091巷1100m處開口并以150°方位角沿1#煤層頂板掘進(jìn)，掘進(jìn)到位后與1-2092巷貫通，截至目前1-209切巷已掘進(jìn)5m。1-209切巷掘進(jìn)煤層為1#煤層，煤層平均厚度為2.4m，煤層內(nèi)夾雜一層矸石，厚度為0.4m，施工巷道頂板直接頂主要以粉砂巖為主，平均厚度為1.6m，巖層半堅(jiān)硬；基本頂主要以泥巖為主，平均厚度為4.2m，巖層松軟，在應(yīng)力作用下易破碎，如圖2所示。根據(jù)干河煤礦地測科提供資料顯示，1-2091巷掘進(jìn)至105m處在巷道北側(cè)20m處存在一條F1正斷層，斷層落差為3.0m，傾角為55°，斷層向工作面方向延伸。

圖2 干河煤礦二采區(qū)1-209工作面煤層柱狀圖

2 1-209切巷前期施工工藝及存在難題

2.1 切巷前期施工及支護(hù)工藝

（1）施工工藝：1-209切巷道前期采用炮掘方式分次成巷，施工時(shí)分I段、II段進(jìn)行爆破（煤柱側(cè)為I段，采空區(qū)側(cè)為II段），先爆破掘進(jìn)I段，I段掘進(jìn)4排錨桿支護(hù)完成后再對II段刷幫，刷幫4排錨桿支護(hù)完成后再掘進(jìn)I段，依次循環(huán)作業(yè)。

（2）支護(hù)工藝：頂部采用全錨索配合W鋼帶支護(hù)，每排施工10根錨索，配合兩根5孔W鋼帶，每根鋼帶采用5根Φ21.6×5200mm錨索，間排距800×800mm，緊靠幫部的端頭錨索在距幫部200mm位置施工，每排施工兩根鋼帶，鋼帶交錯(cuò)布置，排距為400mm；煤柱側(cè)幫部每排施工3根Φ22×2400mm高強(qiáng)金屬螺紋鋼錨桿，間排距900×800mm；煤壁側(cè)幫部每排施工3根Φ20×2000mm的樹脂錨桿配合木托板支護(hù)，間排距900×800mm；最下一根幫錨桿距底板300mm，頂幫錨索（桿）均垂直于煤（巖）壁布置。

2.2 原施工工藝存在難題

（1）根據(jù)干河煤礦鉆探部門對切巷施工地段鉆探發(fā)現(xiàn)，受鄰近F1斷層影響，施工巷道頂板往上5.2m處產(chǎn)生裂隙帶，且向巷道掘進(jìn)方向延伸，延伸長度預(yù)計(jì)15～20m。而切巷采用爆破施工工藝，施工巷道頂板在爆破震動(dòng)、構(gòu)造應(yīng)力以及上覆巖層自身重力作用下，頂板裂隙會出現(xiàn)裂隙分支，局部范圍會出現(xiàn)巖體破碎，膠結(jié)穩(wěn)定性差。1-209切巷前期施工時(shí)采用單一錨索支護(hù)，錨索長度為5.2m，錨索錨固端處于破碎巖體處，錨索支護(hù)效果差，不能滿足生產(chǎn)需要。

（2）1-209切巷寬度為6.8m，初步設(shè)計(jì)中巷道施工采用交替擴(kuò)幫的方法進(jìn)行全斷面成型，隨著巷道不斷延伸，前期掘進(jìn)巷道頂板暴露面積大、時(shí)間長，而施工巷道基本頂主要以泥巖為主，巖石硬度低，在構(gòu)造應(yīng)力及圍巖應(yīng)力作用下，施工巷道頂板會出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，且隨著時(shí)間的延長下沉量會加大，當(dāng)外界作用力大于頂板巖石層屈服強(qiáng)度時(shí)，頂板會出現(xiàn)大面積垮落。

3 工藝優(yōu)化

3.1 施工工藝優(yōu)化

為了避免因施工巷道頂板暴露面積大、暴露時(shí)間長造成頂板壓力加大出現(xiàn)頂板下沉、大面積垮落事故發(fā)生，干河煤礦通過技術(shù)研究對1-209切巷開口前20m采用小斷面巷道一次性成型、大斷面擴(kuò)幫的施工工藝。

（1）將1-209切巷斷面劃分為兩個(gè)斷面，小斷面規(guī)格為寬×高=2.8×2.4m，大斷面規(guī)格為寬×高=4.0×2.4m。

（2）在小斷面巷道采用全斷面光面爆破，炮眼深度為1.0m，為了確保巷道成型在炮眼布置時(shí)周邊眼數(shù)量不得低于20個(gè)。

（3）當(dāng)小斷面巷道掘進(jìn)20m且頂板巖石層穩(wěn)定后，再繼續(xù)采用初步設(shè)計(jì)的施工工藝，當(dāng)整個(gè)切巷施工完后再對開口前20m范圍內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)幫。

（4）擴(kuò)幫時(shí)采用松動(dòng)爆破施工工藝，炮眼垂直工作面煤壁布置，炮眼深度為0.8m，擴(kuò)幫后及時(shí)補(bǔ)打支護(hù)。

3.2 支護(hù)工藝優(yōu)化

（1）1-209切巷開口時(shí)，在工作面施工注漿鉆孔，鉆孔布置在距頂板1.0m處，鉆孔深度為6m，每排布置三個(gè)鉆孔，間距為1.0m，鉆孔與工作面成7°夾角，必須確保鉆孔終孔位置處于頂板裂隙帶處。鉆孔施工完后采用高壓注漿泵對鉆孔注射馬麗散凝固液，注漿后及時(shí)對鉆孔進(jìn)行封孔處理。

（2）工作面注漿2h后，采用松動(dòng)爆破進(jìn)行小斷面掘進(jìn)，掘進(jìn)進(jìn)度控制在1.0～1.5m，掘進(jìn)后及時(shí)對頂板施工永久支護(hù)，小斷面巷道頂板采用錨索配合鋼帶聯(lián)合支護(hù)，錨索長度為8.3m，鋼帶長度為2.4m，每根鋼帶配套四根錨索，錨索間距為0.7m，鋼帶排距為1.0m。

（3）頂板永久支護(hù)施工完后，為防止頂板下沉，在施工巷道架設(shè)可伸縮型鋼棚，可伸縮型鋼棚主要由兩組“L” 型棚架組成，“L” 型棚架可對接拉伸，拉伸范圍為2.0～5.0m，可伸縮型鋼棚架設(shè)后在其下方支設(shè)兩根單體液壓支柱，防止棚梁變形。每掘進(jìn)2.0m架設(shè)一架鋼棚。

（4）1-209切巷擴(kuò)幫處采用鋼帶、錨索、圓鋼托架進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，鋼帶長度為4.0m，每根鋼帶施工6根錨索，錨索間距為0.7m，鋼帶間距為1.0m，擴(kuò)幫處鋼帶與小斷面巷道頂板鋼帶交錯(cuò)布置。相鄰三根鋼帶施工完后采用Ф50mm，長度為2.2m圓鋼托架進(jìn)行固定，每三根鋼帶安裝兩根圓鋼托架，圓鋼托架與鋼帶垂直布置，如圖3所示。

（5）擴(kuò)幫后及時(shí)將小斷面巷道內(nèi)可伸縮型鋼棚進(jìn)行拉伸，使鋼棚對切巷全斷面支護(hù)，當(dāng)切巷掘進(jìn)20m后剩余巷道施工工藝及支護(hù)工藝與原設(shè)計(jì)相同。

4 結(jié)束語

山西霍寶干河煤礦有限公司1-209切巷在開口施工期間，合理分析復(fù)雜條件下大斷面切巷傳統(tǒng)施工工藝存在的不足，并對其進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)踐證明，1-209切巷采用優(yōu)化后的施工工藝后全斷面巷道平均掘進(jìn)進(jìn)度達(dá)2.5m/d，保證了大斷面切巷快速開口；同時(shí)，采用合理支護(hù)措施后，1-209切巷在開口前20m頂板未出現(xiàn)下沉、局部冒頂以及大面積垮落等事故，提高了頂板穩(wěn)定性，取得了顯著成效。

圖3 1-209切巷支護(hù)工藝優(yōu)化后斷面示意圖