大斷面切巷一次性成巷快速掘進技術(shù)

武佳俊

（山西焦煤霍州煤電集團晉北煤業(yè)有限公司，山西 忻州 035100）

1 概 述

霍州煤電集團晉北煤業(yè)有限公司103切巷位于一采區(qū)，東北部與一采區(qū)回風(fēng)、皮帶、軌道巷相鄰，東南部與井田邊界相鄰，西南部與原牛泥煤礦2005～2006年采空區(qū)相鄰，西北部以采區(qū)邊界為界。

103切巷設(shè)計長度為180m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=7.0×4.8m，巷道掘進煤層為5上#煤層，平均厚度為5.1m，巷道沿煤層頂板掘進施工。施工巷道直接頂主要以灰?guī)r為主，平均厚度為1.65m，巖體成層狀結(jié)構(gòu)，質(zhì)較軟，具裂隙，性脆；基本頂主要以泥巖為主，平均厚度為6.05m，中厚層狀，粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，質(zhì)較軟，性脆，含植物化石。

工作面地質(zhì)資料顯示，103切巷在55m、143m處共計揭露兩條逆斷層（F1、F2），斷層平均落差為1.1m，傾角為50°。其中F1斷層與103切巷夾角為70°，F(xiàn)2斷層與切巷夾角為76°。受構(gòu)造應(yīng)力影響，切巷掘進期間形成頂板破碎帶長度達(dá)70m。為了保證103切巷安全快速施工，通過技術(shù)研究，對切巷施工方案進行合理選擇。

2 切巷施工方案合理選擇

2.1 方案一：分段掘進二次成巷

施工工藝：103巷先采用掘進機進行大斷面掘進，斷面規(guī)格為寬×高=4.0×4.8m，巷道掘進到位后再采用爆破施工工藝進行擴幫施工，直至達(dá)到設(shè)計巷道斷面。該工藝存在以下問題：

（1）采用分段掘進二次成巷施工工藝時，工作面安裝機械設(shè)備多，施工周期長，不利于工作面快速接替；

（2）受巷道開挖影響，切巷在斷層帶附近擴幫施工時頂板破碎嚴(yán)重，頂板易出現(xiàn)冒頂事故，不利于施工安全；

（3）二次擴幫后原巷道頂板支護失效現(xiàn)象嚴(yán)重，支護效果差，需重新補打，加大了勞動強度及支護成本費用。

2.2 方案二：掘進機一次性成巷

施工工藝：采用掘進機從切巷一側(cè)開始掘進，掘進斷面為寬×高=4.0×4.8m，掘進深度為1.0m，掘進后及時進行頂板支護。頂板支護后及時掘進切巷另一斷面，斷面規(guī)格為寬×高=3.0×4.8m，掘進后進行頂板支護。

采用一次性成巷施工工藝雖然減少了工作面設(shè)備穩(wěn)裝數(shù)量及勞動工序，但是頂板無法實現(xiàn)全斷面一次性支護，且切巷斷面大，采用單一錨桿、錨索支護效果相對較差。

通過以上技術(shù)分析，為縮短切巷施工周期，決定對103切巷采用掘進機一次性成巷施工工藝，同時為了保證巷道支護質(zhì)量，提高大斷面切巷頂板穩(wěn)定性，提出了“交錯式JW型鋼帶+組合錨索+密集錨索吊棚+注漿支護”聯(lián)合支護措施。

3 103切巷聯(lián)合支護措施應(yīng)用

3.1 交錯“JW”型鋼帶支護

（1）掘進機在第一斷面施工完成后，及時在頂板施工一根長度為4.0m“JW”型鋼帶，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0.9m，鋼帶排距為1.0m。

（2）第一斷面掘進且支護完成后掘進第二斷面，掘進1.0m后及時對第二斷面頂板采取“JW”型鋼帶支護，鋼帶長度為4.0m，每根鋼帶配套5根錨桿，鋼帶施工在第一斷面相鄰兩根鋼帶之間，且交錯疊加布置，疊加距離為1.0m，如圖1所示。

圖1 103切巷頂板聯(lián)合支護平面示意圖

3.2 組合錨索施工

（1）組合錨索主要由一塊規(guī)格為長×寬=0.5×0.5m鋼托板，以及5根長度為8.0m、直徑為21.6mm高強度預(yù)應(yīng)力錨索組成。103切巷頂板每排施工三組組合錨索，錨索間距為2.5m，排距為3.0m。

（2）首先在指定位置采用MT-130型鉆機進行錨索鉆孔施工，鉆孔深度為8.0m，直徑為30mm，鉆孔施工完后在鉆孔內(nèi)填裝三支錨固劑即一支MSCK23/35型，兩支MSK23/60型。錨固劑填裝后將錨索填入鉆孔內(nèi)并采用鉆機攪拌，攪拌時間不得低于45s，5根錨索施工完成后將組合托板安裝在錨索外露端，并采用鎖具進行預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于233kN。

3.3 密集錨索吊棚施工

（1）錨索吊棚長度為3.0m，每架錨索吊棚主要由一根長度為3.0m工字鋼梁以及兩根錨索組成。每根鋼梁焊制兩根直徑為30mm圓孔，圓孔間距為2.0m；錨索長度為5.0m。

（2）錨索吊棚平行切巷布置，每排布置三架，吊棚間距為2.0m，相鄰兩排錨索吊棚交錯疊加布置，疊加距離為1.0m，如圖1所示。

3.4 注漿支護

（1）為了提高斷層破碎帶頂板巖體的穩(wěn)定性，當(dāng)103切巷掘進至破碎帶區(qū)域時對破碎頂板采取注漿加固支護。

（2）首先在掘進煤層距頂板1.0m施工一排注漿鉆孔，鉆孔間距為2.0m，鉆孔直徑為45mm，深度為5.0m，鉆孔呈60°仰角布置。

（3）注漿鉆孔施工完后，采用高壓注漿泵向鉆孔內(nèi)注射聚氨酯粘合劑，注漿壓力為1.5MPa，壓力穩(wěn)定狀態(tài)下單孔注漿時間為5min，注漿3h后巷道方可繼續(xù)掘進。

4 結(jié)束語

晉北煤業(yè)有限公司在103切巷采取掘進機一次性成巷施工工藝，并采取“交錯式JW型鋼帶+組合錨索+密集錨索吊棚+注漿支護”聯(lián)合支護措施，通過實際應(yīng)用取得了顯著成效。

（1）與傳統(tǒng)二次成巷施工工藝相比，采用掘進機一次性成巷可縮短103切巷施工周期達(dá)11d，緩解了綜采工作面接替緊張局面，同時減少了工作面設(shè)備穩(wěn)裝數(shù)量及勞動強度，避免了二次施工對頂板支護產(chǎn)生擾動破壞。

（2）對103切巷采取聯(lián)合支護措施后，提高了頂板穩(wěn)定性，解決了大斷面巷道一次成型支護難度大、支護效果差等技術(shù)難題，減少了斷層破碎帶頂板破碎、冒落、下沉等現(xiàn)象，保障了切巷后期設(shè)備安全快速安裝。