大斷面巷道在構造區域快掘工藝實踐

焦鐘浩

(山西長平煤業有限責任公司，山西 晉城 048400)

1 概況

長平礦53031 巷設計為5303 綜放工作面的皮帶巷，巷道設計長度1904 m，斷面規格為毛寬×毛高=5.6 m×4.3 m，掘進斷面積為24.08 m2。巷道沿3#煤層頂板掘進，錨網索聯合支護，一次成巷工藝施工。

根據本區域地測預報，巷道在掘進至341 m 處將揭露一組斷層帶，分別為SF312 正斷層、SF314正斷層、SF315 正斷層。受斷層影響，工作面將成全斷面矸。根據超前鉆探資料顯示，巷道如果按-10°施工，構造影響區域約110 m。為確保安全快速通過構造影響區域，需采取行之有效的技術及管理措施。

2 過構造方案的制定

以往過構造施工，多采用放炮掘進，受制于放炮作業復雜的工藝流程，現場管控難度大，掘進效率低。本次過構造施工，采用綜合機械化作業線施工，受斷層影響最大的為SF312 正斷層。為盡量減少割矸工程量，快速過渡至正常層位，現場采用在工作面成為全矸后在頂板穩定處采用全錨索支護及時封迎頭，再退機掃底隨坡，掃底長度需保證機組掃底至巷道迎頭后，高度達到7.0 m，實際巷道與煤層的層間距只有7 m，減少過渡段巖巷工程量。

3 主要技術措施

3.1 機掘施工技術措施

巷道過構造期間，采用綜合機械化作業線施工，采用如下方法提高機掘施工效率：

（1）將機組截齒由原先施工煤巷的普通截齒全部更換為高強度合金鋼截齒，提高機組破巖能力。每施工一個循環，對截齒進行全面檢查，對損壞的截齒及時更換。

（2）加強機組液壓系統檢修，完善冷卻水系統。根據HM68#液壓油的工況參數，確定機組油溫不超過80℃，一方面每天早班檢查機組油位，及時注油，保證油位不低于油箱的2/3；另一方面，給機組另加一趟冷卻水系統，由機組引出的冷卻水導入皮帶承載部上的移動水箱，再經水泵及時排出。每次割矸時，兩趟冷卻水系統同時打開為機組降溫。

（3）使用液壓錨桿（錨索）鉆車支護，支護時間短，效率高，可以最大程度保證割矸時間。過構造期間生產班每班按照2 個循環、每天4 個循環進行生產組織，早班檢修班進行系統檢修。

3.2 過渡段施工技術措施

（1）由于本區域煤體疏松破碎，無法直接留頂煤掘進，因此在揭露斷層后，選擇頂板穩定處進行封迎頭支護。封迎頭采用Φ22×6.3 m 錨索進行全錨索支護，設計預緊力不小于350 kN，封迎頭后開始退機臥底施工。根據鉆孔資料，結合機組爬坡性能，按-10°坡下山找煤，退機臥底長度需保證機組臥底至原迎頭位置后，巷道高度不小于7 m。根據三角函數計算，臥底坡度段不小于17 m。

（2）臥底后由于巷道高度增加（最高處達到7.0 m），緊靠原有的支護無法保證巷道安全使用，因此采取補打幫錨索，提高圍巖強度的措施控制兩幫變形。幫錨索應在臥底前進行施工，規格為Φ22×5.3 m，設計預緊力不小于250 kN，按照每排每幫2 根，上下“之”字形布置的方式，距頂板分別為0.8 m 和1.5 m，間距2.0 m。為驗證巷道實際使用效果，按照“十字布點法”在巷道內設置巷道變形觀測點。通過連續1個月的觀測，巷道臥底后，采用幫錨索補強的巷道，頂底板位移為20 mm，兩幫位移為15 mm，較以往同規格的巷道變形量大大降低，滿足了巷道的正常使用。

3.3 構造區支護設計優化

巷道頂板為細粒砂巖，平均厚度為9.80 m，平均抗壓強度為81.47 MPa。為減少構造區域支護影響，保證有效生產時間，現場施工中充分利用圍巖的自承作用，在頂板穩定時，將施工排距由1.0 m增加至1.2 m，單日進尺最高實現4.8 m，施工效率大幅提高。同時為保證頂板安全，在進出構造區域前后各5 m 使用槽鋼加錨索聯合支護，增強頂板整體性，其他區域采用原有的錨網索支護，改變以往過構造即架棚的工藝模式，現場證明支護強度滿足施工安全要求。頂板支護圖如圖1 所示。

3.4 揭煤施工技術措施

（1）本區域采用底抽巷穿層鉆孔預抽煤巷條帶瓦斯的瓦斯治理技術，在巷道掘進前，本區域有效抽采時間超過6 個月，在施工期間，現場實測構造與煤體結合部的瓦斯含量已降至8 m3/t 以下，有效保證了揭煤作業的安全。

（2）在揭煤作業時，通過精準探測，控制巷道揭煤位置，在巷道掘進至距煤層法線距離剩余2 m時開始施工揭煤平臺。平臺寬5.6 m（巷道的寬度），長5.0 m，沿巷道掘進方向施工。平臺施工完成后，在揭煤平臺上垂直底板施工2.0 m 深的炮眼，全斷面共設計54 個炮眼，總裝藥量54.8 kg，采用遠距離爆破一次性揭煤。

（3）揭露煤層后，及時按煤層傾角修正巷道坡度。此階段，根據需要，可退機再進行掃底，按照半煤巖掘進，逐步過渡至正常頂板。

圖1 頂板支護圖

4 施工經驗

（1）巷道掘進面對復雜地質構造，僅用45 d就順利通過構造區域，日最高進尺達到4.8 m，較以往過構造施工效率提高50%以上。機掘方式在安全性方面較炮掘操作方便，發生事故的概率小。

（2）構造區域因地制宜選用合理的支護方式，是提高進尺的關鍵因素。應根據構造區域頂板的穩定程度，優化支護設計，在頂板穩定區域充分利用圍巖自承作用，降低巷道支護成本，提高生產效率。

（3）要順利通過構造區域，必須有可靠的地質資料作為方案設計的依據，因此過構造前，應加強鉆探，充分掌握構造的產狀、性質、影響范圍、瓦斯含量等數據，嚴格按照巷道腰線施工，確保以最短的巖巷距離通過構造區域。

（4）本次施工，存在的不足之處為機組事故率較高，單月僅機組方面的事故影響共計40 h。分析原因，一方面是機組檢修人員日常維護不到位，對巖巷施工期間日常檢修項目缺少認識，尤其是液壓系統的維護有待提高；另一方面是機組的配套問題，EBZ160 機組雖然較以往的EBZ150 機組截割效率有所提高，但是僅就構造區域而言還難以滿足施工需求，面對構造異常復雜的地質條件，有必要使用更大功率的機組，以充分發揮綜合機械化作業線的優勢。

5 結論

通過在長平礦53031 巷大斷面巷道過斷層帶期間改革施工工藝、優化構造帶支護設計、加強現場機電設備管理等措施，將構造區域最高單日進尺由2 m/d 提高至4.8 m/d，僅用時40 d 便通過了長達110 m 的構造帶，且未發生安全事故，在安全性、經濟性上都取得了顯著的成效。