大斷面切巷快速掘進施工技術優化應用

牛 云

（山西潞安工程有限公司，山西 長治 046102）

1 概述

潞安集團王莊煤礦7111 工作面井下位于71 采區，工作面西為實體煤，東接71 采區皮帶巷，南為8101 已采工作面，北為實體煤。7111 工作面所采為3#煤，賦存于二疊系山西組地層中下部，為陸相湖泊型沉積。工作面范圍內煤層厚度穩定，煤層下部夾矸最厚的一層為0.4 m，平均煤厚約為6.3 m。煤層頂底板巖性見表1。

7111 切眼設計長度為160 m，沿底板掘進，切巷斷面規格為寬×高=7.8 m×3.0 m。由于切巷斷面較大，若不采取合理有效的掘進工藝及支護措施，不僅增加了巷道掘進難度，降低了掘進效率，而且不利于頂板安全管理，很容易發生重大煤礦安全事故。對此，山西潞安工程有限公司通過技術研究[1-5]，根據7110 切巷掘進現狀，對大斷面切巷傳統施工工藝主要存在的問題進行合理分析。

表1 7111 工作面3#煤層頂底板巖性匯總表

2 大斷面切巷傳統施工工藝及問題分析

2.1 切巷傳統施工工藝

7110 工作面切巷當時采用EBZ260 型掘進機一次性成巷掘進工藝，施工工藝及支護工藝如下：

（1）采用掘進機對切巷整個斷面進行掘進施工，掘進機單茬掘進寬×高=7.8 m×3.0 m，掘進深度為1.0 m，掘進后采用掘進機進行工作面煤矸清理。

（2）切巷掘進后及時對頂板進行支護，頂板主要采用錨桿、錨索、金屬網聯合支護，巷幫主要采用螺紋鋼錨桿以及樹脂錨桿支護：① 頂板每排布置5 根錨索，錨索長度為8.3 m，直徑為17.8 mm，錨索間距為1.5 m，排距為3.0 m；② 頂板每排布置7 根錨桿，錨桿長2.5 m，直徑22 mm，錨桿外露端安裝2 根“W”型鋼帶，鋼帶長4.0 m，兩根鋼帶收尾疊加布置；③ 巷道采空區側巷幫采用螺紋鋼錨桿支護，錨桿長2.0 m，直徑為22 mm；工作面側巷幫采用高強度全螺紋式玻璃纖維增強樹脂錨桿，錨桿長度為2.0 m，直徑為22 mm；幫錨桿每排布置4 根，間距為0.85 m，排距為1.0 m。7110 工作面切巷一次性成巷支護斷面示意圖如圖1。

圖1 7110 工作面切巷一次性成巷支護斷面示意圖

2.2 一次性成巷掘進施工技術難題

（1）掘進效率低。由于7110 切巷斷面規格相對較大，而切巷采用EBZ260 型掘進機掘進，該掘進機有效切割巷道寬度為4.5 m，切巷需多次移動掘進機進行切割，每掘進一個斷面所用時間為2.8 h，全天掘進工程量不足5.0 m，巷道掘進效率相對較低。

（2）煤矸運輸難度大。EBZ260 型掘進機尾部連接轉載機，轉載機與SSJ-800 型帶式輸送機尾部滑輪連接，掘進機最大允許擺角為15°，而切巷寬度為7.8 m，掘進機割煤后無法一次性清理煤矸，需進行一次移尾，造成工作面煤矸運輸效率低、難度大。

（3）頂板維護困難。由于傳統一次性成巷掘進施工后，巷道頂板空頂面積達8 m2，巷道割煤后2～3 h 后方可對頂板進行支護施工，而7110 切巷煤層厚度為6.3 m，割煤高度為3.0 m，留頂煤厚度為3.3 m，頂煤暴露面積大、時間長，頂板支護不及時時很容易發生頂板垮落事故。

（4）不利于通風安全管理。7110 巷掘進期間采用局部通風機進行通風，風機功率為55 kW，風筒直徑為1.0 m。切巷在掘進過程中風流無法實現全斷面通風，導致巷道迎頭出現局部窩風現象，不利于巷道通風安全管理。

3 大斷面切巷掘進工藝優化

3.1 分次掘進成巷施工工藝

為了彌補傳統一次性成巷掘進工藝存在的不足，通過研究決定對7111 工作面切巷采取分次掘進成巷施工工藝。

（1）分次掘進成巷即大斷面巷道掘進，小斷面擴幫施工。大斷面巷道規格為寬×高=4.8 m×3.0 m，小斷面擴幫規格為寬×高=3.0 m×3.0 m。

（2）首先采用掘進機對工作面側大斷面巷道掘進，掘進長度為160 m。掘進期間在巷道內安裝一部SSJ-80 型帶式輸送機進行出煤，掘進后及時對巷道頂板施工永久支護，對巷幫施工樹脂錨桿。

（3）大斷面巷道掘進到位后，拆除巷道內帶式輸送機，將掘進機退至切巷開口處，對采空區側煤柱進行擴幫施工，擴幫后及時對頂板及巷幫施工永久支護。

3.2 支護工藝

為了提高7111 切巷頂板穩定性，決定對切巷頂板采取錨桿（索）、金屬網、組合錨索、JW 型鋼帶等聯合支護。

3.2.1 大斷面巷道時的支護

（1）大斷面巷道頂板每排布置5 根錨桿，錨桿長度為2.5 m，直徑為22 mm，錨桿間排距為1.0 m，同一排錨桿外露端安裝一根長度為4.5 m“JW”型鋼帶。

（2）組合錨索采用“二一二”布置方式，即第一排兩組組合錨索，錨索間距為3.0 m，第二排布置一組組合錨索，第三排組合錨索與第一排布置方式相同，組合錨索排距為3.0 m。每組組合錨索由3 根錨索長度為8.3 m、直徑為21.8 mm 預應力鋼絞線及一塊長×寬=0.5 m×0.5 m 組合托板構成。

（3）為了防止片幫，大斷面巷道掘進后，對巷幫采取高強度全螺紋式玻璃纖維增強樹脂錨桿及塑料網聯合支護。錨桿長2.0 m，直徑為22 mm，每排布置三根，錨桿間距為0.85 m，排距為1.0 m。塑料網規格為長×寬=4.0 m×3.0 m。

3.2.2 擴幫時的支護

（1）擴幫段頂板每排布置4 根錨桿，錨桿長2.5 m，每排鋼帶外露端安裝一根長度為3.6 m“JW”型鋼帶，錨桿間排距為1.0 m。擴幫巷道頂板錨桿與大斷面巷道頂板錨桿交錯布置，如圖2。

（2）頂板每排布置一組組合錨索，組合錨索參數與大斷面巷道掘進段頂板組合錨索相同，組合錨索排距為3.0 m。

（3）巷道擴幫后，位于采空區側巷幫采用螺紋鋼錨桿進行支護，每排布置三根，錨桿長2.0 m，直徑為22 mm，錨桿間排距為1.0 m。

（4）7111 切巷頂板及巷幫支護全部完成后，在巷道內支設兩排單體液壓支柱，間距為2.0 m，排距為3.0 m。

圖2 優化后7111 工作面切巷支護斷面、平面示意圖

4 結語

7111 工作面切巷施工工藝及支護工藝優化后，取得了顯著應用成效：

（1）提高了巷道掘進效率。7111 工作面切巷采取分次掘進成巷施工工藝后，大斷面巷道每天掘進量為12 m/d，掘進周期為15 d，小斷面擴幫施工工程量為15 m/d，掘進周期為12 d，拆裝設備用時2 d，整個切巷掘進周期為29 d，與傳統全斷面一次性成巷施工工藝相比，掘進周期縮短了7 d。

（2）改善了巷道通風效果。分次掘進成巷時，局部通風機對大斷面巷道通風滿足巷道通風要求，大斷面巷道掘進到位后進行擴幫施工時利用自然風壓通風，提高了巷道通風效率，解決了傳統施工工藝時風流不足、風阻大、窩風等現象。

（3）提高了支護效果。采用分次掘進可及時對巷道頂板進行有效支護，避免了傳統一次性成巷掘進時頂板暴露面積大、時間長、頂板維護困難等技術難題。同時，優化后的支護設計提高了大斷面切巷頂板整體穩定性，切巷施工期間未發生頂板破碎、下沉等現象。