大斷面切巷快速掘進支護技術應用

王惟甲

（山西煤炭運銷集團太原有限公司，山西 太原 030006）

綜采工作面切巷主要用于安裝工作面機械設備，如液壓支架、采煤機、刮板輸送機等。切巷斷面寬度一般為6～10 m，由于切巷斷面較大，切巷快速施工以及安全支護一直是制約著煤礦安全高效生產的重大難題[1]。本文以三聚盛煤礦9102 工作面為例，探索工作面切巷采用分段掘進施工工藝以及聯合支護技術的可行性。

1 概述

三聚盛煤礦9102 工作面位于井田西南部，開采標高+1 200～+1 230 m。工作面切巷設計長度220 m，矩形斷面，凈寬8.5 m，凈高3 m，沿煤層底板掘進。切巷掘進煤層為9#煤層，該煤層位于太原組下段頂部，賦煤區分布于一采區東部，煤層傾角0°～15°，平均7°，煤層厚度5.0～10.5 m，平均8 m。9#煤層吸氧量0.47 cm3/g，自燃傾向性等級Ⅱ，為自燃煤層。9#煤層火焰長度＞120 mm，抑制煤塵最低巖粉量70%，煤塵具有爆炸性。礦井絕對瓦斯涌出量0.66 m3/min，絕對二氧化碳涌出量為0.77 m3/t；掘進工作面絕對瓦斯涌出量為0.35 m3/min，建設期間鑒定結果為低瓦斯礦井，煤層無煤與瓦斯突出危險性。

初次設計9102 工作面切巷采用一次性成巷掘進工藝，采用單錨桿、錨索進行支護。但是由于切巷斷面較大，采用一次性成巷掘進工藝時，巷道圍巖所受應力較大，當巷道掘進后的支護不能及時跟進，很容易出現頂板下沉、破碎的問題。鑒于此，本文提出采用分段施工工藝和對切巷頂板采用組合錨桿（索）以及支設單體液壓支護的聯合支護方式。

2 切巷分段施工工藝

為了避免一次性成巷時因斷面大而導致支護效果差，通過比較決定對9102 工作面切巷采取分段施工工藝，即大斷面采用光面爆破施工工藝，小斷面采用松動爆破施工工藝。

1）9102 工作面切巷從運輸順槽靠近采空區的一側進行開口作業。由于開口位置處于皮帶巷與工作面的三角交接處，施工人員如采用爆破施工會因爆破振動而導致該區域發生垮落。因此施工人員采用風鎬的方式進行開口作業。

2）切巷開口掘進10 m后采用光面爆破施工工藝，光面爆破掘進斷面規格為：寬×高=5.0 m×3.5 m；同時為了保證采空區一側的頂板及煤壁的完整性，施工人員在采空區一側施工爆破孔時，鉆孔夾角控制在85°～90°范圍內[2]。

3）當切巷掘進至200 m處時，需進行探巷作業，其探巷的長度大于5 m。當掘進至215 m處時，為了確保切巷與回風巷安全、順利貫通，采用風鎬掘進。

4）當切巷與回風巷順利貫通后，從切巷頭部開始按照寬與高均為3.5 m的規格沿工作面推進方向進行擴幫，擴幫的整個過程需采用松動爆破一次性完成。

5）為了確保后期采煤機及刮板機的順利安裝，工作面切巷完成擴幫后，需在切巷尾部施工一條采煤機壁龕，壁龕的長為25 m，寬為1.5 m，高為3.5 m，見圖1。

圖1 9102 工作面切巷平面布置

6）當切巷全部施工完成后，為了便于后期工作面設備運輸及安裝，需在尾部施工一個調車硐室，硐室規格為長×寬×高=5.0 m×5.0 m×3.5 m；同時需在切巷頭部施工兩個絞車硐室，用來穩裝絞車及端頭支架，絞車硐室規格為長×寬×高=5.0 m×3.0 m×3.5 m。

3 切巷頂板聯合支護技術

1）為了保證工作面半切巷的安全掘進，在切巷開口位置施工一根長度為5 m 的鎖口鋼梁，鋼梁與三根預應力鋼絞線相連，同時為了確保皮帶巷交叉位置的煤壁完整性[3]，在交叉位置安裝一組組合錨索（由鋼托板與5 根預應力鋼絞線連接而成）。

2）半切巷掘進時采用錨桿、錨索、JW型鋼帶聯合支護技術，頂部鋼帶采用JW型鋼帶，鋼帶上均勻布置6 個支護孔，相鄰鋼帶的排距為1.0 m，鋼帶與切巷垂直布置，并采用6 根左旋無縱筋錨桿將鋼帶固定在頂板上，錨桿間距為0.9 m。

3）半切巷掘進時，每兩排鋼帶施工一排（兩根）長度為8.3 m 錨索，使用鋼托板及鎖具將錨索緊固[4]，第一根錨索安裝在距離側幫1.15 m 的位置，相鄰錨索的距離為1.8 m，見圖2。

圖2 9102 工作面切巷頂板聯合支護斷面

4）切巷擴幫施工時，同樣采用錨桿、錨索、JW型鋼帶聯合支護的方式對頂板進行支護，鋼帶上施工5個鉆孔，相鄰鋼帶的排距為1 m，每根鋼帶上配套5 根左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，相鄰錨桿的距離為0.8 m，二次擴幫安裝的鋼帶要與初次安裝的鋼帶交錯布置。

5）切巷在進行擴幫時，在相鄰兩排鋼帶之間施工一根錨索，第一根錨索安裝在距煤壁側1.75 m的位置，錨索長度為8.3 m，直徑為17.8 mm。

6）為了確保半巷掘進與二次擴幫期間的巷道交叉處頂板完整性，需在其交叉處施工一組組合錨索，相鄰組合錨索的距離為3 m，順著工作面傾向布置，組合錨索是由長度為0.5 m 的正方形鋼托板與4 根長度為8.3 m 錨索組合而成。

7）工作面切巷頂板永久支護全部施工完后，在切巷內支設三排單體柱。具體施工工藝如下：①首先在距離煤壁側2.0 m 的位置支設第一排單體柱，相鄰單體柱之間的距離為2.0 m；②在距工作面煤壁側1.5 m 處支設第二排單體柱，相鄰單體柱之間的距離為2.0 m，在采煤機壁龕緊貼煤壁的位置安裝第三排排單體柱；③所有的單體柱安裝完畢后須由專人進行查驗，確保每根單體柱的支撐應力達到要求，頂板較破碎處的單體柱采用木楔進行鑲嵌[5]。

4 巷道頂板下沉量

9102 切巷掘進過程中，在巷道頂板每隔50 m安裝一個YHW300 型數顯頂板離層儀。通過現場觀察發現，巷道掘進后0～8 d范圍內受頂板蠕動變形影響，頂板出現大幅度下沉情形，最大下沉量為0.17 m，在8～18 d范圍內在聯合支護作用下頂板下沉量得到有效控制，下沉速度降低，最大下沉量為0.24 m，在18 d后聯合支護實現了耦合支護作用，頂板下沉速率基本為0，見圖3。

圖3 9102 切巷頂板下沉量變化曲線

5 結論

1）切巷采用了分段掘進工藝以及對頂板采取“組合錨桿（索）+支設單體柱”聯合支護技術后，解決了傳統一次性成巷時頂板懸板面積大、應力大、頂板易破碎垮落等技術難題，有效控制了大斷面切巷頂板下沉、破碎。

2）通過與9101 切巷傳統施工工藝對比分析發現，9101 切巷與9102 切巷斷面規格以及巷道長度基本相同，9101 切巷施工周期為37 d，平均掘進速度為4.1 m/d，而9102 切巷采取分段掘進工藝后，巷道平均掘進速度達5.4 m/d，掘進周期為28 d，大大提高了大斷面切巷掘進效率。

3）通過對9102 切巷掘進過程中巷道頂板的下沉量觀測發現，巷道掘進后0～8 d范圍內受頂板蠕動變形影響，頂板出現大幅度下沉現象，最大下沉量為0.17 m，在8～18 d范圍內在聯合支護作用下頂板下沉現象得到有效控制，下沉速度降低，最大下沉量為0.24 m，在18 d后聯合支護實現了耦合支護作用，頂板下沉速率基本為0。