泥巖大跨度切眼一次成巷快速掘進及支護技術

劉劍奇

（山西晉煤集團趙莊二號井，山西 長治 046608）

隨著我國經濟快速發展，煤礦落后產能的逐步淘汰，高產高效礦井是煤礦的建設方向，掘進提效[1-2]則是實現煤礦高產高效的基礎，也能夠有效緩解煤礦采掘斜街緊張的局面。針對巷道快速掘進進行了大量實踐，特別是復合、破碎頂板，大斷面、大跨度巷道的快速掘進問題，也取得了一定的實踐經驗[3-6]。本文結合趙莊二號井的生產地質條件，總結分析了泥巖頂板大跨度切眼快速掘進工藝。

1 工程概況

趙莊二號井1307 工作面位于井田東翼盤區，開采3 號煤層，煤層平均厚度5.46 m，平均傾角3°。煤層底板標高為+548～ +573 m，地面標高為+923～+986 m。煤層直接頂為1.8 m 厚的泥巖，基本頂為10.17 m 厚的粉砂巖，直接底為0.6 m 厚的泥巖。1307 工作面切眼與13072 巷垂直，西部是1301 采空區，南部是13072 巷，巷道布置如圖1 所示。1307 工作面切眼為矩形巷道，沿煤層頂板掘進，毛寬7.2 m，毛高3.0 m，毛斷面積為21.6 m2，巷道長度為180 m。工作面處于承壓水區域，突水系數為0.007 5 MPa/m，小于臨界突水系數0.06 MPa/m。工作面瓦斯絕對涌出量為1.67 m3/min。1307 切眼掘進至120～130 m 可能揭露正斷層DF8，對工作面掘進影響較大。

圖1 工作面布置示意圖

2 掘進工藝優化及巷道支護

2.1 掘進工藝優化

（1）原切眼掘進工藝及存在問題

以往的同尺寸工作面切眼一般采用二次成巷工藝，先掘進4.5 m 寬，貫通后，再退出機組，掘進剩下2.7 m 寬巷道。該方法掘進效率低，浪費支護材料，不利于礦井實現高產高效。隨著礦井生產能力的逐步釋放，礦井采掘斜街更加緊張。

（2）優化后掘進工藝

1307 工作面切眼采用“三·八”制作業，兩個生產班，一個檢修班。采用EBH-120 型懸臂式掘進機進行掘進割煤作業，采用CMM2-15 液壓錨桿鉆車和MQS-50/1.9 型手持氣動幫錨桿鉆機進行支護作業。切眼巷道掘進時先按照4.5 m 寬沿煤層頂板施工巷道右半部分，割煤進尺為2 m，之后退出掘進機組，采用液壓錨桿鉆車進行巷道頂板錨桿（索）支護施工，并采用手持氣動幫錨桿鉆機進行右側巷幫錨桿施工，左側巷幫不支護。切眼右半部分頂板和右側巷幫支護完畢后，進行切眼巷道左側2.7 m寬巷道施工，沿煤層頂板，同樣掘進2 m 后，退出掘進機組，采用液壓錨桿鉆車進行巷道頂板錨桿（索）支護施工，并采用手持氣動幫錨桿鉆機進行左側巷幫錨桿施工。整個切眼巷道7.2 m 斷面掘進和支護施工完畢后，方可進行下一個循環的掘進施工。每天施工2 個循環，每個生產班完成1 個循環施工，循環進度2 m，班進度2 m，日進度4 m。

2.2 巷道支護參數

（1）基礎支護

① 頂板支護。右側4.5 m 寬部分掘進后，頂板每排打設5 根錨桿。錨桿為500 號鋼材的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，直徑22 mm，長2400 mm，間排距為1050 mm×1000 mm。右側一根距巷幫250 mm，頂角錨桿外偏10°打設，其余均垂直打設。錨桿用長4300 mm 的鋼筋梯子梁連接，采用一支Z2360 和一支K2335 的樹脂加長錨固劑，錨固力不小于100 kN，預緊力距不小于400 N·m。頂板錨索為1×19 股高強度低松弛預應力鋼絞線，直徑22 mm，長8400 mm，采用“三二”布置，排距為1000 mm。布置三根錨索時，間距為1600 mm，右側一根距巷幫1200 mm；布置兩根錨索時，間距為2000 mm，右側一根距巷幫2200 mm。采用兩支Z2360 和一支K2335 的樹脂加長錨固，預緊力不小于250 kN。采用10 號鐵絲編制的金屬菱形網護頂，網孔規格為50×50 mm，網片規格為5000×1100 mm。

左側2.7 m 寬部分掘進后，頂板每排打設3 根錨桿，與右側錨桿在一條直線，左側距巷幫250 mm，外偏10°打設，并采用長2200 mm 的鋼筋梯子梁連接。其余參數同右側頂板錨桿。錨索每排打設一根，與右側錨索在一條直線，且呈“四三”布置。錨索參數同右側保持一致。網片規格為2500×1100 mm。頂板支護如圖2 所示。備口段頂板每排增加2 根錨桿，錨桿型號支護參數同頂板。頂板錨索排距為2000 m，與頂板錨索成排布置。

圖2 切眼巷道頂板支護圖（單位：mm）

② 巷幫支護。右側巷幫即老塘側巷幫每排打設4 根錨桿，間排距為900×1000 mm。上部一根距頂板150 mm，下部一根距底板150 mm。錨桿型號參數和錨固方式同頂板，錨固力不小于80 kN，預緊力距不小于300 N·m。采用規格為3300×1100 mm的金屬網護表。如圖3（a）所示。

左側巷幫即回采側巷幫每排打設4 根玻璃鋼錨桿，間排距為800×1000 mm。上部一根距頂板300 mm，下部一根距底板300 mm。采用規格為3300×1100 mm、承受力為35 kN 的塑料網護表。如圖3（b）所示。

（2）加強支護

① 交叉口支護。13072 巷切眼開口段頂板需進行錨索加強支護，錨索采用“三二”布置，兩側錨索距巷幫500 mm，中間錨索間隔布置，如圖4 所示。切眼開口施工時，采用單體液壓柱對交叉點加強支護，打設位置以不影響機組倒移及割煤為準，在13072 巷迎頭及右幫正對絞車硐室口處分別打設兩根單體柱進行加強支護。切眼前四排施工時每排打四根頂錨索，間距1600 mm，距幫1200 mm，之后頂錨索恢復“四·三”布置，如圖4 所示。

② 臨時單體柱。在距切眼兩側幫部1000 mm的位置各打設一根單體柱，柱距2000 mm，最多滯后工作面10 m。機組轉載機過去后將臨時柱恢復為永久柱，永久柱距工作面最多不超過35 m，每排2 根，間距為距切眼正中心左右各500 mm，排距2000 mm。隨著備口掘進，在備口段沿工作面煤壁線方向打設一排單體柱加強支護，柱距2000 mm，共6 根。

圖3 切眼巷道頂板支護圖（單位：mm）

圖4 切眼交叉口頂板支護示意圖（單位：mm）

3 應用效果

3.1 效率效益分析

以往切眼巷道采用分次掘進施工，根據以往工作面切眼施工經驗，同樣斷面尺寸，180 m 長切眼巷道貫通用時約55 d。通過優化切眼巷道掘進施工工藝，1307 工作面切眼采用分部掘進、一次成巷的施工工藝，單循環掘進進尺為2 m，每天進尺為4 m，180 m 的切眼巷道貫通用時45 d，相比以往節約了10 d 時間，施工效率提高18.2%。并且采用分部掘進一次成巷的新工藝后，先掘斷面只進行單側巷幫支護，每米可節約4 套玻璃鋼錨桿，180 m 長切眼可節約玻璃鋼錨桿720 套，不僅減少了巷道支護時間，而且節省了支護材料，降低了生產成本。

3.2 圍巖變形分析

1307 工作面切眼巷道掘進后，采用十字測點法對巷道圍巖變形進行了觀測，巷道頂底板最大移近量為83 mm，兩幫最大收縮量為119 mm。巷道圍巖變形量不大，且在巷道掘進約20 d 后，巷道圍巖變形趨于穩定。巷道圍巖變形量如圖5 所示。

圖5 巷道圍巖變形圖