大斷面切巷掘進(jìn)支護(hù)工藝研究與應(yīng)用

黃志杰

（太原煤炭氣化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山西 太原 030031）

1 概 況

龍泉礦礦井生產(chǎn)能力400萬t/a，采用斜井開拓方式，目前主要開采C3號(hào)煤層，直接頂煤層厚度為1.94～11.27/5.66 m，巖石特性以砂泥巖為主，水平層理發(fā)育，巷道掘進(jìn)時(shí)頂板容易冒落；老頂?shù)拿簩雍穸葹?.25～8.70/5.66 m，巖石特性以粗粒砂巖為主；直接底煤層厚度為4.02～8.63/7.01 m，巖石特性以高嶺巖為主，老底煤層厚度為1.70～17.20/12.20 m，巖石特性以粗砂巖為主，采用綜合機(jī)械化采煤法開采[1]。龍泉礦8125工作面煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度為5.58～8.10 m/6.86 m，純煤平均厚度4.87 m，含4～5層夾矸，矸石厚度為0.21～0.88 m，夾矸巖性多為砂泥巖、高嶺巖，局部煌斑巖侵入，其周圍5～10 m內(nèi)部煤發(fā)生變質(zhì)。煤層的傾斜角度為1°～5°/3°，地層的綜合柱狀圖，如圖1所示。

圖1 綜合柱狀圖Fig.1 Synthesis column map

預(yù)計(jì)從盤區(qū)輔運(yùn)巷往里約102、1 029、1 056 m處，分別見H=2.0 m∠43°的正斷層、d=3.0 m∠78°的巖墻、H=3.6 m∠72°的正斷層，斷層構(gòu)造表見表1。

表1 斷層構(gòu)造Table 1 Fault power structure

2 掘進(jìn)工藝

采用EBZ260型掘進(jìn)機(jī)根據(jù)架設(shè)的激光指向儀沿煤層底板進(jìn)行掘進(jìn)施工[2-3]。

巷道施工首先根據(jù)地測(cè)部門提供的巷道中腰線架設(shè)并調(diào)設(shè)好激光，畫出巷道掘進(jìn)輪廓線，掘進(jìn)機(jī)司機(jī)按照巷道掘進(jìn)輪廓線沿煤層底板進(jìn)行施工，施工通過見底控頂?shù)那懈罘绞剑葟那醒圩髠?cè)掘?qū)?.4 m達(dá)設(shè)計(jì)位置，撤出皮帶，退出機(jī)組，然后右側(cè)擴(kuò)幫3.6 m，達(dá)到設(shè)計(jì)斷面寬9 m，掘進(jìn)高度控制在3.6～4 m。在進(jìn)行擴(kuò)幫前，必須在5.4 m寬的斷面內(nèi)將單體液壓支柱支護(hù)完畢。

頂板支護(hù)使用MYT-190/240液壓錨桿鉆機(jī)或MQT-130/3.2氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)鉆孔，使用φ28 mm的鉆頭配套六棱組合鉆桿進(jìn)行鉆眼作業(yè)；兩幫支護(hù)使用ZQS-50/1.6S氣動(dòng)手持式鉆機(jī)，配套2.5 m麻花鉆桿和φ26 mm的鉆頭，或是使用7655氣腿式風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔，配套2.5 m六棱釬桿和φ28 mm的鉆頭進(jìn)行鉆眼作業(yè)[3-5]。

每向前掘進(jìn)一個(gè)支護(hù)間距（0.9 m）時(shí)，停止掘進(jìn)，由外向里進(jìn)行永久支護(hù)，支護(hù)完成后再繼續(xù)向前截割，進(jìn)入下一循環(huán)。

8125開切眼從2125巷右側(cè)幫先擴(kuò)幫施工，按擴(kuò)長(zhǎng)11 m（含頭過渡支架壁龕寬2 m）×高3.6 m，每擴(kuò)寬0.9 m及時(shí)支護(hù)頂幫，按此循環(huán)擴(kuò)幫至掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)正到切眼巷，開口第一排先支護(hù)工字鋼梁，然后按支護(hù)設(shè)計(jì)施工。開口擴(kuò)幫超寬處加強(qiáng)錨索支護(hù)，超寬0.8 m增加支護(hù)1根錨索，超寬1.6 m增加支護(hù)2根錨索。

3 支護(hù)方案

3.1 頂板支護(hù)參數(shù)

對(duì)巷道頂板進(jìn)行一次支護(hù)，每排使用4根錨桿壓高強(qiáng)度塑料網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)的排距為1.5 m，塑料網(wǎng)孔的規(guī)格為120 mm×120 mm，中部使用2根柔性錨桿，錨桿直徑為18 mm，長(zhǎng)度4 000 mm，配套專用抗扭鋼托盤支護(hù)，托盤規(guī)格為200 mm×200 mm×12 mm，錨桿外露長(zhǎng)度小于100 mm，預(yù)緊扭矩為400 N·m，如果外露長(zhǎng)度在150 mm以內(nèi)，可采用鎖具張拉，配套1塊拱形鋼托盤和1個(gè)KM22型鎖具，托盤規(guī)格為300 mm×300 mm×16 mm，預(yù)拉力為160 kN。兩側(cè)使用2根左旋無縱筋螺紋鋼錨桿[6-8]，錨桿直徑為22 mm，長(zhǎng)度為2 200 mm，錨桿頂部超出螺母10～40 mm，預(yù)緊扭矩為300 N·m。

再對(duì)頂板進(jìn)行二次支護(hù)，在相鄰兩排錨桿中間，安裝4根錨桿或使用直徑為6.5 mm的鋼筋網(wǎng)和托梁進(jìn)行支護(hù)，鋼筋網(wǎng)孔的規(guī)格為150 mm×150 mm，鋼筋托梁的規(guī)格為直徑14 mm×寬80 mm×長(zhǎng)4 000 mm。兩側(cè)使用2根錨索，錨索的直徑為18 mm，長(zhǎng)度為6 200 mm，安裝時(shí)與巖面垂直，在上方壓拱形鋼托盤，托盤的規(guī)格為300 m×300 mm×16 mm，錨索超出巖面300 mm，露出鎖具150 mm，預(yù)拉力為160 kN；中間使用2根左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿的直徑為22 mm，長(zhǎng)度為2 200 mm，在上方壓蝶型托盤，托盤的規(guī)格為150 mm×150 mm×8 mm；錨桿頂部超出螺母10～40 mm，預(yù)緊扭矩為300 N·m。巷道頂板的支護(hù)參數(shù)如圖2所示。

圖2 巷道支護(hù)參數(shù)Fig.2 Roadway support parameters

3.2 巷幫支護(hù)參數(shù)

對(duì)巷道兩幫進(jìn)行一次支護(hù)，采用金屬錨桿對(duì)煤柱幫進(jìn)行支護(hù)，采用玻璃鋼錨桿壓高強(qiáng)度塑料網(wǎng)對(duì)回采幫進(jìn)行支護(hù)[9-10]，支護(hù)排距為1.5 m，塑料網(wǎng)孔的規(guī)格為120 mm×120 mm。煤柱幫每排3根右旋全螺紋金屬錨桿，錨桿直徑為18 mm，長(zhǎng)度為2 100 mm，每根錨桿配套蝶型托盤進(jìn)行支護(hù)，托盤規(guī)格為150 mm×150 mm×8 mm，錨桿頂部超出螺母10～40 mm，預(yù)緊扭矩為200 N·m。回采幫的錨桿布置與煤柱幫錨桿布置方式相同，玻璃鋼錨桿直徑為27 mm，長(zhǎng)度為2 100 mm，配套玻璃鋼圓托盤進(jìn)行支護(hù)，托盤的規(guī)格為170 mm×40 mm，預(yù)緊扭矩為100 N·m。

再對(duì)兩幫進(jìn)行二次支護(hù)，在已支護(hù)的每?jī)膳佩^桿中間，安裝3根錨桿，在上方壓鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)的直徑為6.5 mm，網(wǎng)孔規(guī)格為150 mm×150 mm。二次支護(hù)與一次支護(hù)呈“五花眼”形式布置，以消除錨固的盲區(qū)，每根錨桿的施工參數(shù)與一次支護(hù)的施工參數(shù)相同。巷幫支護(hù)參數(shù)如圖3所示。

圖3 巷道兩幫支護(hù)參數(shù)Fig.3 Support parameters of roadway sides

4 應(yīng)用分析

在掘進(jìn)過程中，每間隔50 m，在巷道頂板安裝一個(gè)頂板離層顯示儀，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)，得到頂板下沉量變化曲線，如圖4所示，在巷道掘進(jìn)前8 d內(nèi)，在礦壓影響下頂板處于蠕動(dòng)變形區(qū)，出現(xiàn)大幅度下沉，下沉量最大為0.17 m，在掘進(jìn)8～18 d內(nèi)，通過對(duì)頂板的聯(lián)合支護(hù)，頂板進(jìn)入變形減弱區(qū)，下沉量得到控制，下沉速度降低，下沉量最大為0.24 m，在掘進(jìn)18 d后，支護(hù)作用明顯加強(qiáng)，頂板進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)，下沉速率基本為0。可見，在聯(lián)合支護(hù)作用下，沒有出現(xiàn)支護(hù)失效、頂板離層等現(xiàn)象，確保了支護(hù)效果，提高了巷道圍巖穩(wěn)定性，滿足大斷面快速掘進(jìn)施工要求。

圖4 巷道頂板下沉量變化曲線Fig.4 Subsidence variation curve of roadway roof

5 結(jié) 論

針對(duì)龍泉礦在掘進(jìn)過程中遇大斷面出現(xiàn)的巷道頂板破碎等問題，根據(jù)8125工作面的地質(zhì)條件，選擇合理的掘進(jìn)工藝，并對(duì)巷道頂板和兩幫進(jìn)行支護(hù)方案設(shè)計(jì)。

（1）采用一次和二次聯(lián)合支護(hù)方案，提高了頂板的穩(wěn)定性，滿足巷道安全掘進(jìn)的要求。

（2）通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)，在巷道掘進(jìn)前8 d內(nèi)，頂板處于蠕動(dòng)變形區(qū)，出現(xiàn)大幅度下沉，下沉量最大為0.17 m，在掘進(jìn)8～18 d，頂板進(jìn)入變形減弱區(qū)，下沉速度降低，下沉量最大為0.24 m，在掘進(jìn)18 d后，頂板進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)，下沉速率基本為0。可見，聯(lián)合支護(hù)作用效果顯著，巷道圍巖穩(wěn)定性得以提高。