大傾角開切眼一次成巷施工技術實踐與應用

朱金平

（華亭煤業集團有限責任公司陳家溝煤礦，甘肅 平涼 744100）

1 概況

陳家溝煤礦3204工作面位于+1050m水平以下的三采區西翼第二區段，東端與三采區三條下山保護煤柱相鄰，西端與采區邊界保護煤柱相鄰，回風順槽和三采區一車場軌道巷相接，運輸順槽與三采區二區段運煤斜巷及材料運行下山相接，斜上方為3203工作面采空區。工作面切眼采用內錯布置，掘進長度64.6m，坡度為19°。切眼斷面形狀為矩形，寬度6.7m，高度2.6m，采用錨網索+抬棚+木垛聯合支護。開切眼上口與3203工作面開切眼間距為6.3m，下方為3201工作面運輸順槽，并與3204回風順槽下平巷相接。

2 改進施工工藝

以往工作面開切眼施工均采用鉆爆法分斷面一次導洞、二次擴掘成巷的施工方法掘進，施工工序復雜，安全風險大，施工工期長，需要的勞動力多，現場組織困難，投入成本高，造成二次擾動破壞大，支護困難，不利于安全管理。

改進后的工藝為鉆爆法掘進大斷面開切眼一次成巷。在傾斜大斷面利用交錯邁步式一次成巷技術，即采用鉆爆法首先在工作面開切眼一側半斷面掘進2.1m支護到位，再開始另一側半斷面掘進，依次往復施工，始終保證一側超前3個循環（2.1m）。通過該技術降低了安全風險，提高了掘進速度，保障作業人員人身安全，見圖1。

3 開切眼及附屬硐室巷道斷面優化

為保證工作面綜采設備順利安裝，安裝期間不再擴刷、整修巷道，3204工作面開切眼斷面尺寸一次設計到位，具備精準安裝的條件。對工作面開切眼下口10m范圍內增大了設計斷面，由原來的掘進寬度6.7m，增加到8.2m，上口5m范圍內由原來的掘進高度2.6m，調整為3.1m。并縮短了上口絞車硐室的長度，由原來的18m調整為9m，開口段5m范圍內由原來的梯形斷面變為直墻半圓拱形斷面，掘進寬度3.4m調整為4.8m，絞車硐室斷面面積由原來的10.2m2增大到了15.76m2，以里4m和原有設計一致，減少了工程量。

圖1 開切眼頂部展開圖

4 優化支護方式和參數

以往施工的開切眼均采用規格為M22-Ф20-2400mm的螺紋鋼錨桿， 100×100mm蝶形托板，布置方式均為矩形，間排距800×800mm，并采用規格為Ф15.24-7300mm的預應力錨索，10mm鋼板托板，規格為300×300mm，后巷打設2列傾向抬棚，配合4孔和7孔鋼筋托梁及金屬網片進行護幫護頂。采用該支護錨桿錨索的支護強度低、支護密度小且受力不均，支護參數匹配不合理，導致巷道成形差，巷道變形嚴重，金屬網撕裂，鋼筋托梁發生彎曲變形，頂板下沉量達到400mm，兩幫移近量500mm。采用原有的支護方式無法保證施工安全及后續工作面設備安裝。

優化3204工作面開切眼的支護參數如下：

頂板支護：采用M24-Ф22-2800mm的無縱肋高強Q500螺紋鋼讓均壓錨桿，150×150mm蝶形托板，矩形布置，間排距750×700mm，配合5孔鋼筋托梁及金屬網片進行護表；采用規格為Ф22-4300mm的強力錨索，300×300mm的高強蝶形托板，矩形布置，間排距為750×700mm；掘進2～4.2m無法打設永久支護抬棚時，采用“一梁兩柱”，打設臨時抬棚支護，到達4.2m的距離后拆除臨時抬棚，按照“一梁四柱”打設永久抬棚4列。

巷幫支護：老塘側采用M24-Φ22-2800mm型讓壓錨桿支護，每排4根錨桿，錨桿排距700mm，間距750mm。煤壁側采用Ф18-2000mm的玻璃鋼錨桿支護，間距750mm，排距700mm，每排打設4根錨桿，為防止超前邁步側幫部煤體垮落，提前打注不同數量的Ф15.24-3300mm預應力錨索作為超前支護，詳見圖2。

圖2 開切眼支護斷面圖

5 礦壓監測

掘進時共布置礦壓觀測站2組，1號測站距運輸巷口20m，2號測站距回風巷口20m。每組包括YHW300型頂板離層儀1臺，錨桿測力計3臺，表面位移觀測站1組。

礦壓監測結果顯示，巷道底鼓量150mm，兩幫移近量40mm，頂板下沉量70mm，錨桿受力在150～200kN。通過日常觀測看，巷道整體變形量小，支護結構穩定。

6 效益分析

6.1 安全效益

采用了大斷面一次成巷技術，施工速度快，工效高，易管理，保證了礦井安全生產。

6.2 經濟效益

（1）投入材料費用情況。原施工方法延米巷道投入材料費用6500元，累計投入60.78萬元；采用一次成巷技術延米巷道投入4100元，累計38.34萬元。通過比較最少節約22.44萬元。

（2）巷道變化后產生的費用。原施工方法巷道變形嚴重，底鼓明顯，按照失修率7%算，巷道失修量為93.5×0.07=7m，延米失修費用6500元，人工費、材料費共投入14.7萬元；巷道底鼓量平均按照400mm計算，工程量為251m3，每立方按照80元，需人工費2萬元；完成以上兩項工程需工期6d，投入費用16.7萬元。

（3）提高了掘進工效。采用以往的施工方法，每個小班需20人，日進尺為2m，日掘進工效為0.04，而采用一次大斷面成巷技術，日進尺為3.2m，日掘進工效為0.09。采用以往的掘進方法完成該項工程最少需60d，需人工費168.3萬元；而采用一次大斷面成巷掘進技術完成該項工程最少需29d，每個小班需12人，需人工費52.2萬元，節約人工費116.1萬元。

7 結論

（1）優化了施工方法，采用大斷面交錯邁步式一次成巷技術，節約勞動力投入，現場空間暢通便于組織，提高了掘進效率。

（2）優化了支護參數，增大了支護密度，提高了支護強度，對巷道圍巖控制效果好，降低了安全風險。