大斷面開切眼一次成巷技術

韓天舒

(山西王家嶺煤業有限公司,山西 保德 036000)

隨著大型、重載開采設備的應用推廣,為滿足井下通風、運輸的需要,采煤工作面切眼斷面呈不斷增加趨勢,而一般的大斷面切眼是先掘進小斷面導硐后刷擴方式掘進,存在施工工序繁雜、工作人員勞動強度大、施工周期長、支護材料消耗量大等問題,同時二次刷擴容易導致切眼圍巖變形量大,增大了圍巖控制難度[1-5]。大斷面切眼一次成巷有助于提升切眼施工效率和圍巖控制效果,在山西晉城、河南平頂山、陜西榆林等礦區均有成功的應用案例[6-8]。本文以山西某礦2502工作面切眼掘進為工程背景,結合現場條件提出通過一次成巷技術實現切眼快速施工,并對切眼掘進工藝、圍巖支護方案等進行詳細設計,以期為其他礦井類似情況提供經驗借鑒。

1 工程概況

2502工作面設計走向、斜長分別為1 105 m、260 m,采用綜采開采工藝,全部垮落法管理頂板,采面回采的5號煤層賦存穩定、煤層厚度均值為3.8 m,頂底板巖性以灰巖、細砂巖以及粉砂巖為主。2502工作面切眼設計跨度為9.2 m、巷高為3.8 m,埋深為380 m,采面上覆52 m為2302工作面采空區,具體2502工作面切眼位置見圖1.根據回采巷道掘進揭露及已有地質資料,2502工作面回采范圍內地質構造不發育,水文地質條件簡單。2502工作面切眼原設計通過小斷面掘巷+巷幫刷擴方式掘進,但采用此方式掘進時存在施工程序復雜、浮煤清理難度大、需拆除輸送帶后重新鋪設等問題,同時在切眼圍巖控制過程中容易出現圍巖變形量大的問題。為此,結合2502工作面回采區域內5號煤層賦存參數、頂底板巖性,根據生產安排,提出在2502工作面切眼掘進中采用一次成巷技術。

圖1 2502工作面切眼位置示意

2 切眼一次成巷技術應用

2.1 切眼掘進工藝

由于切眼斷面大,采用的EBZ200M-4掘進一體機無法實現一次截割,同時為減少切眼掘進期間圍巖變形量,提出在2502工作面切眼采用邁步式掘進方式,即將掘進迎頭劃分成A、B兩個區域,其中A區域掘寬、掘高分別為5.0 m、3.8 m,B區掘寬、掘高分別為4.2 m、3.8 m,邁步式掘進示意見圖2.具體截割安排為:截割并支護B區—截割并支護A區—再次截割并支護A區—截割并支護B區—再次截割并支護B區—截割并支護A區,如此循環直至切眼與回采巷道貫通,每次截割步距均為800 mm.具體切眼掘進工藝為:

圖2 切眼邁步式掘進示意(單位:mm)

1) 首先截割B區域內煤體,一次截割寬度4.2 m,截割高度3.8 m,截割進尺800 mm.截割完成后采用掘錨一體機按照設計的支護參數支護頂板及巷幫。

2) 完成B區域內煤體截割及支護后進行A區域煤體截割,一次截割寬度5.0 m,截割高度3.8 m,截割進尺800 mm.截割后按照預先設計的支護參數完成A區域頂板及巷幫巖體支護。

3) 繼續進行A區域內煤體截割,一次截割寬度5.0 m,截割高度3.8 m,截割進尺800 mm.然后按照預先設計支護參數完成頂板及巷幫支護。

4) 完成A區域內煤體截割后進行B區域煤體截割,并進行支護,通過B、A區域邁步式截割實現大跨度切眼掘進并降低切眼圍巖支護難度及圍巖變形量。

2.2 切眼圍巖支護

根據2502工作面切眼圍巖巖性以及以往大跨度切眼支護經驗,切眼采用錨網索支護方式并通過木垛強化頂板支護,具體切眼支護斷面見圖3.

圖3 切眼支護斷面(單位:mm)

1) 頂板支護參數。B區頂板采用6根規格為Φ22 mm×2 600 mm的螺紋鋼錨桿、4根規格為Φ22 mm×7 300 mm的鋼絞線錨索、900 mm×2 800 mm的金屬網進行支護,錨桿及錨索布置間、排距分別為800 mm×800 mm和1 000 mm×800 mm;頂板6根錨桿采用六孔鋼帶(型號W280/3×4270-6)連接,錨桿及錨索均垂直頂板布置。

A區頂板采用與B區頂板規格一致的錨桿及錨索進行支護,在掘進完成A區后鋪設規格為900 mm×2 800 mm的金屬網與B區頂板金屬網連接;A區頂板采用7根螺紋鋼錨桿、5根鋼絞線錨索支護,錨桿及錨索間排距分別為800 mm×800 mm、1 000 mm×800 mm;頂板7根錨桿采用七孔鋼帶(型號W280/3×5070-7)連接,錨桿及錨索均垂直于頂板布置。

頂板錨桿用1支K2360加1支K2335樹脂錨固劑錨固,錨索用3支K2360加1支K2335樹脂錨固劑錨固。

2) 巷幫支護參數。在切眼進行邁步式掘進區間,由于A區和B區間巷幫在短時間內就需要截割,同時考慮5號煤層賦存穩定、煤體穩定性較強的特點,對A區和B區間巷幫不進行支護。由于A區靠近采面,B區靠近煤柱,因此在A區采面幫即A區右幫,B區煤柱幫即B區左幫分別采用玻璃鋼錨桿、螺紋鋼錨桿進行支護。支護采用的玻璃鋼錨桿規格為Φ24 mm×2 600 mm、螺紋鋼錨桿規格為Φ22 mm×2 600 mm,巷幫一排布置6根錨桿,其中上部的5根錨桿間距、排距均為800 mm×800 mm,巷幫靠近頂板的錨桿有30°外插角;在巷幫靠近底板300 mm位置布置1根錨桿,錨桿有30°外插角。

3) 頂板木垛補強支護。在A區及B區距離左右兩幫各1 400 mm位置處采用木垛進行補強支護,木垛采用規格為1 200 mm×220 mm×220 mm的枕木堆砌而成,木垛間隔為5 m.木垛架設滯后掘進迎頭距離在25 m以內,木垛間相鄰的枕木應固定牢固,靠近頂板的枕木通過木鍥子來確保與頂板接觸密實。

3 現場應用效果分析

2502工作面切眼采用邁步式掘進方式,即通過A區、B區分次截割,可將截割斷面縮小至EBZ200M-4掘進一體機一次截割范圍內,降低截割風險,并通過縮小一次截割面積降低頂板支護難度。切眼頂板綜合采用錨網索方式進行支護,并通過木垛方式進行補強支護。現場應用后,2502工作面切眼掘進進尺速度達到了10.4 m/d,耗時25 d即完成了切眼掘進。在2502工作面切眼掘進期間布置測點對圍巖變形量進行了監測,具體監測結果見圖4.

圖4 圍巖變形曲線

從監測結果看出,2502工作面切眼支護完成后,圍巖變形量在短時間內即趨于穩定,其中切眼頂底板、兩幫變形量最大值分別為58 mm、53 mm,圍巖變形量在允許范圍內,表明現場使用的支護技術可實現大斷面切眼圍巖變形的有效控制,為后續采面開采設備安裝創造了良好條件。

4 結 語

為實現2502工作面切眼快速掘進,為采面回采贏取時間,提出將一次成巷技術應用到切眼施工中。由于切眼斷面大,為滿足EBZ200M-4掘進一體機掘進需要減少掘進圍巖支護難度,將切眼分為A、B兩個區域并通過左右邁步式截割方式實現成巷。切眼頂板采用錨網索+木垛方式進行支護,巷幫則采用錨網方式進行支護?，F場應用后,2502工作面切眼掘進進尺速度達到了10.4 m/d,耗時25 d即完成了切眼掘進,期間未出現頂板冒落、變形量大、巷幫片幫等問題。切眼頂底板、巷幫最大變形量分別控制在58 mm、53 mm以內,圍巖變形量整體較小,可滿足煤炭開采設備后續安裝需要。