开采上限复杂地质条件下探巷掘进技术研究与应用

摘要：探巷掘进可以获取精准的煤层地质资料，为布置采煤工作面提供可靠的依据，探巷的布置应充分考虑为采区生产服务，合理地安排和选择探巷施工顺序和施工方法，对加快探巷掘进速度、缩短工期具有重要的意义。

关键词：探巷掘进；开采上限；探眼施工；锚网支护

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）14-0094-02

龙东煤矿西一探煤上山用于探明西一采区3#皮带巷与防水煤柱线之间的原煤储量，为布置采煤工作面提供可靠的依据。该巷道靠近开采上限施工，地质条件复杂，附近仅有78#钻孔可供参考，现有资料无法分析地质条件变化情况，需采用边探边掘的施工方法。西一探煤上山设计总长为451.2m，分为两段施工，第一段为探Ⅰ巷道，设计总长度为265.2m，沿煤层顶板掘进；第二段为探Ⅱ巷道，设计总长度为186m，沿煤层底板施工。巷道断面为矩形，毛宽4.2m，毛高2.5m，采用光面钻爆法掘进，锚网（索）支护，使用P-60B型耙装机配合SGW-40刮板机及DSJ-150皮带出煤，掘进循环进尺1.8m，三班连续作业。

1 地质基本情况

1.1 地理位置

西一探煤上山位于龙东煤矿西一采区的东南侧，西南以F孙断层为界，东北方向与F12断层相邻。该巷道西北为西一轨道下山，东北靠近防水煤柱线，东南靠近上限及煤层露头，西南临近西一进风大巷。从78#钻孔资料中分析，煤层结构复杂，中部煤层含1～2层夹矸，厚度为0～2.1m，岩性为泥岩和砂质泥岩，对掘进影响较大。煤层为7层煤，煤层厚度变化较大，厚度为2.0～7.1/4.96m，煤层倾角18°～24°/21°，属于瓦斯煤层，煤层容易自燃，煤尘爆炸指数为38.37%，具有爆炸性。

1.2 水文地质情况

F12正断层岩层裂隙较为发育，局部有砂岩裂隙淋滴水现象发生，最大涌水量30m3/h，正常涌水量3m3/h。

1.3 钻孔情况

该面附近共有1个钻孔，即78#钻孔，为封孔合格

钻孔。

2 巷道布置

2.1 巷道布置方案

探Ⅰ巷道从T1点开始施工，首先沿水平施工45m岩巷，揭露FW19-2断层（∠70°H=10m）后，沿煤层顶板上山掘进至T10点，再向前穿层掘进施工20m平巷，作为探Ⅱ巷道的开窝点及上部车场。探Ⅰ巷道掘进至T11点向前22m处，迎头已穿过预计F12断层位置3.0m，仍未发现该断层，由于该位置巷道顶板标高为-210.15m，接近西一采区开采上限标高-210m，因此停止向前掘进。探Ⅰ巷道在掘进过程中共揭露七条断层，断层落差在0.3～10m之间，对巷道掘进影响很大，造成巷道有一定的起伏，走向角度平均为20°。探Ⅱ巷道从探Ⅰ巷道T11点左帮开窝掘进，与探Ⅰ巷道夹角90°，沿F12断层方向掘进，先穿层施工12m平巷，再沿煤层底板施工174m至煤层露头变薄带，此工程结束。探Ⅱ巷道煤层厚度变化较大，煤层最大倾角为21°，走向角度变化在-8°～6°之间，地质构造复杂，煤层较松软，顶板及煤壁局部有剥离和滴水现象。巷道布置具体见图1所示：

图1 巷道平面布置

2.2 巷道支护方式

2.2.1 采用锚网（索）支护方式，隔一排施工两根锚索，位于第二、四根锚杆位置，设计使用锚索长度6.2m，顶煤超过4.5m时改用8m锚索支护，确保锚索锚入稳定岩层不小于1.5m。

2.2.2 顶板两肩窝锚杆及两帮肩窝锚杆使用异型托盘进行支护。

2.2.3 锚杆（索）间排距为900×900mm。

2.2.4 顶部金属点焊网对接或压茬，压茬时不超过三扣，接茬处用14#铁丝，隔扣相联。顶网与帮网压茬不小于100mm，压茬处采用“三星”联网，帮网与帮网长边压茬不小于100mm，“三星”联网，短边用穿条相连。

3 掘进技术管理

3.1 探眼施工

掘进迎头采用帮锚杆机、风煤钻小钻具探测断层位置，1号探眼布置在迎头中间位置，巷道顶板下1.2m处，以大于煤层倾角5°角开孔，沿巷道走向钻进，该孔超前迎头距离不小于10m。2号探眼布置在巷道右帮顶板下1.5m位置，以煤层走向20°仰角垂直巷道钻进10m终孔，每10m施工一个2号探眼，用于探明探Ⅱ巷道与F12断层的准确位置，并做好标记。根据探眼钻探情况，及时分析地质构造情况，调整巷道层位，为下一步施工提供可靠的依据，并分析掘进迎头水文地质情况，为采取探放水措施提供依据，以防水害的发生。

3.2 三岔门加固

探Ⅱ巷道开窝前对三岔门进行加固，采用6m锚索、锚杆及钢板带进行框架式加固，钢板带首尾相连成一个整体，锚索从开窝巷道中线向两侧打，隔一根锚杆打一根锚索，钢板带要超出整个开窝断面前后各1m。

3.3 临时支护

使用3根2.6m长的2寸钢管，一端使用特殊加工的带螺纹孔的挂钩吊挂在最靠近迎头一排锚杆第二、三、四根锚杆下方，第二、四根锚杆位置是锚索时，后退一排吊挂在第二、四根锚杆下方，用钢管将金属点焊网及钢带托起，另一端伸入煤壁不小于0.3m，前探梁上方用厚木板配合木楔将顶封好。当顶板破碎采用正常临时支护无法控制顶板稳定时，采用水单体及木板对空顶区域进行临时支护。

3.4 过断层施工

3.4.1 执行一炮一锚施工方式，循环进尺控制在0.9m，顶板未支护之前最前排锚杆距迎头空顶距不超过1.2m，支护完毕后最前排锚杆距迎头空顶距不超过0.3m。

3.4.2 断层带内煤质松软采用放小炮预留断面爆破方法，严格控制装药量，装药量减少1/2，采用分次打眼分次装药爆破。顶板向下0.5m、帮向内0.3m范围内不布置炮眼，放炮后采用手镐或风镐刷至断面尺寸。

3.4.3 迎头放炮后帮部永久支护必须紧跟到迎头，掌子面破碎时，打木锚杆进行锚固，防止迎头片帮。

3.4.4 断层区域内的锚索长度不小于6.0m，锚索垂直于顶板避开断层面，锚索施工在断层前后2m范围内，锚索保证锚稳定在岩层中不小于1.5m。

4 结语

（1）探巷的布置应充分考虑为采区生产服务，西一探煤上山设计作为采煤工作面回采巷道，应满足回采巷道的要求。探Ⅰ巷道设计为采煤工作面的联络巷，结合煤层厚度及断层情况，巷道沿煤层顶板掘进，顶板稳定，比较容易施工，巷道在煤层中掘进，巷道起伏不会太大，有利于顶板及运输安全管理。探Ⅱ巷道设计为采煤工作面的材料道，为了满足放顶煤采煤工作面的要求，巷道应沿煤层底板掘进，以保证高效回收煤炭资源。探Ⅱ巷道煤层厚度在3.0m以下时，考虑到煤层比较松软，煤层与顶板结合不实，顶煤容易垮落，不利于顶板安全管理，可以考虑沿煤层顶板掘进，巷道左帮为采煤工作面，回采时最多有0.5m的破矸量，对回采影响不大。当煤层厚度大于3.0m时，应及时调整层位沿煤层左帮底板掘进。

（2）探Ⅱ巷道沿煤层顶板掘进时，煤层最大倾角21°，造成巷道右帮高达4.0m，右帮必须增加一排锚杆，并且两帮锚杆紧跟迎头，以防片帮伤人。由于右帮高度较高，肩部锚杆施工比较困难，巷道右帮的浮煤不应出得太多，爆破后巷道高度保证在2.2m左右比较合适，作业人员较为方便施工，先施工三排锚杆，浮煤出干净后，施工第四排锚杆，空帮高度在1.8m以下，有利于作业人员安全。

（3）探巷掘进，断层情况不明确，应按照边探边掘、长探短掘的原则进行探眼施工，探测断层情况。迎头钻孔应大于煤层倾角5°角在迎头中间位置开孔，当煤层走向为上山或下山时，一般施工18m探眼可以探测到顶板岩石，有利于现场对煤层走向及断层情况作出判断。根据探眼钻探情况，及时分析地质构造情况，调整巷道层位，避免巷道有大的起伏，为回采创造良好的条件。

（4）靠近开采上限掘进，应时刻注意测量巷道标高，不能超开采上限施工，接近开采上限时，应停止作业或调整巷道层位施工，以防超开采上限掘进。

（5）随着龙东煤矿开采进度的加大，探巷掘进显得尤为重要，探巷的布置应充分考虑为采区生产服务，西一探煤上山的设计施工应满足回采巷道的要求。在开采上限复杂地质条件下探巷掘进应采取边探边掘的作业形式，根据探眼钻探情况，分析地质构造情况，调整巷道层位，以确保探巷与回采巷道能合二为一，该探巷掘进技术的研究与应用，为复杂地质条件下探巷施工积累了宝贵经验，在煤矿同类条件下，具有很高的推广价值。

作者简介：张雨（1975—），男，中煤集团大屯公司龙东煤矿掘进区队工程师。

（责任编辑：文 森）