古城煤礦綜采工作面輔運巷快速硬化技術

荊宏臻,王 強,楊晉波,黃 溥

(潞安集團古城煤礦，山西 長治 046108)

古城煤礦井田地處沁水煤田潞安礦區南部，設計生產能力800萬t/a，開采深度為-500～-100 m標高，主采3號煤層，煤層厚度6.1～6.5 m，為高瓦斯礦井。礦井開拓方式采用斜立混合分區布置，采用綜合機械化放頂煤開采方法進行回采；井下輔助運輸為無軌系統，地面及井底車場為有軌、無軌運輸并存。

綜采工作面輔助運輸巷為煤底巷道，為了保證無軌膠輪車運輸條件，采用混凝土澆筑對路面進行硬化，硬化厚度為200 mm，以滿足輔運巷在掘進、安裝、回采、回撤期間的運輸要求。但混凝土硬化路面方式存在以下問題：①施工工期長，影響銜接進度；②硬化厚度為200 mm，工程量大，成本高；③混凝土屬于剛度較大的脆性材料，巷道底鼓變形對路面破壞嚴重，復修困難，工程量大；④破損的混凝土塊處理需增加運輸和排矸費用。因此需提出一種適應綜采工作面輔運巷底鼓的底板硬化方式，既能縮短施工工期，又能減少復修工程量，同時降低施工成本。

1 巷道底鼓原理及控制技術

巷道礦壓顯現的一個主要特點是底鼓，出于對巷道整體的穩定性以及安全性考慮，許多專家學者對巷道底鼓機理做了大量的研究，通過對巷道底板破壞的各種影響因素分析，以及破壞的形式進行現場實測，將巷道底鼓大致分為：撓曲褶皺性底鼓、擠壓流動性底鼓、剪切錯動性底鼓和遇水膨脹性底鼓[1-2]。根據現場觀測分析，古城煤礦輔運巷表現為擠壓流動性底鼓，如圖1所示。

圖1 輔運巷底鼓力學模型

國內外學者在研究控制巷道底鼓方面也取得了很多成果，并且成功實施了各種控制底鼓的技術，主要有以下6個類型[3]：①起底法；②加固法；③卸壓法；④聯合支護技術；⑤底鼓三控法；⑥超挖錨注回填法。結合古城煤礦輔運巷實際情況，決定采用卸壓法治理巷道底鼓，在巷道底板中部，開挖卸壓槽釋放巷道水平應力，卸壓槽的尺寸為400 mm ×800 mm。

2 輔運巷路面結構設計

結合輔助運輸巷煤底巷道的特殊條件和現場施工條件，在分析和調研國內研究現狀的基礎上，形成輔運巷路面結構形式[4-8]，如圖2所示。

圖2 輔助運輸巷路面結構形式

圖2中輔運巷路面結構由三部分組成：碎石墊層、灰土基層、阻燃聚乙烯面層，具體設計如下：

路基：以巷道煤底為路基。

墊層： 由于巷道煤底凹凸不平，用5～10 mm的碎石鋪設一層找平層，厚度不超100 mm。

基層：在碎石墊層上，鋪設、夯實一層厚度為30 mm的“三七”灰土作為路面板的基層。三七灰土是按照灰土3∶7體積比拌合而成，強度隨時間緩慢增加，具有一定的水穩定性和不滲水性(為原土的10～13倍)。

面層：采用高分子高強度阻燃聚乙烯(PE)路面板為面層，路面板力學性能如表1所示。結合古城膠輪車尺寸和運輸重量，尺寸設計1.5 m×2 m，厚度30 mm，單塊重量8.8 kg。路面板上表面為防滑紋路；下表面為鋸齒防滑，防止路面板滑動。板材本身具有可回彈性，在彎曲的情況下，放置一段時間即可恢復平整。路面板之間采用榫接結構快速搭接，便于安裝和維護。

表1 阻燃聚乙烯路面板力學性能

3 輔運巷底鼓巷道硬化施工技術

根據巷道底鼓控制措施和路面結構設計，形成輔運巷路面快速硬化施工技術，如圖3所示。

圖3 輔運巷路面快速硬化施工技術(mm)

3.1 路基處理

硬化路面前，清理巷道底板浮煤、雜物等，并進行平整，低洼處設置排水點，防止巷道內積水產生。在巷道中部，從路基表面向下開挖400 mm×800 mm的卸壓槽，卸壓槽底部鋪墊厚度400～500 mm的碎石，上部放置2塊厚200 mm，寬300 mm的方木，方木上表面與路面水平。

3.2 鋪設碎石墊層找平

鋪設厚度不超過100 mm的5～10 mm碎石，并進行壓實，保證一定的密實度和平整度。

3.3 鋪設灰土基層

用石灰和黏土，按照3∶7體積比制備灰土，在卸壓槽兩側鋪設寬度1.5 m，厚度30 mm的灰土基層，并用設備進行壓實，保證平整度。鋪設灰土時，按 2°坡度鋪設，使沖巷水流入巷道兩側，防止流入卸壓槽。

3.4 路面板鋪設與安裝

在灰土基層上，鋪設阻燃聚乙烯路面板；路面板鋪設起止位置要打設地錨進行固定，錨桿長度1.5 m即可。路面板兩側用5～10 mm碎石鋪墊至與面板水平。

3.5 使用與維護

1) 隨著使用時間增加，車轍深度超過100 mm時，拆除路面板，用碎石墊平壓實后再重新鋪設。

2) 巷道底鼓造成卸壓槽擠壓變形嚴重時，拆除方木對卸壓槽進行修整重新放置方木即可。

3) 隨著回采推進，路面板、方木、碎石子回收復用。

3.6 經濟效益分析

1) 直接經濟效益。采用以上方法硬化路面，施工材料成本如表2所示。

表2 鋪設路面板材料成本

混凝土路面硬化200 mm厚，每米材料費用300元，采用鋪設路面板快速硬化技術，可節約材料費116元/m，并且工人勞動強度低，運輸量少，每米可節約人工費和運輸費45元。

2) 間接經濟效益。輔運巷采用鋪設路面板技術，后期不需要人工破碎混凝土，混凝土廢渣石也不需要上井排矸，節省了人工費和排矸費用，每米節約25元。

綜上所述，采用鋪設路面板快速硬化技術，直接經濟效益161元/m，間接經濟效益25元/m。

4 結 語

古城煤礦綜采工作面輔助運輸巷鋪設阻燃聚乙烯路面板硬化技術，施工速度快，材料費用少，并且路面板重復利用，同時大大減少了后期維護工程量和費用，具有較大的推廣價值。