长走向大断面顺槽连续快速掘进工艺研究

鲁学斌

（大同煤矿集团云冈矿，山西 大同 037017）

长走向大断面顺槽连续快速掘进工艺研究

鲁学斌

（大同煤矿集团云冈矿，山西 大同 037017）

文章介绍了机掘在走向长、断面大的顺槽中，通过选择适宜的支护形式、支护参数、支护材料以及支护质量，实现快速掘进的工艺流程，提升了掘进效率。

长走向；大断面；顺槽；快速掘进

1 立项背景及地质概况

云冈矿机掘三队所在的12#层408盘区2812巷是大采高工作面皮带顺槽巷,其走向长1 646.8m,采用S-300掘进机掘进,巷道掘井宽5.5m,掘井高3.5m,沿煤层见底留煤顶掘进。

本工作面煤层较稳定,厚度在5.35-6.46m之间,平均为5.9m;工作面中西部煤层的底部发育有厚度为0.11-0.36m厚的多层夹石。老顶呈灰色粉细砂岩互层,工作面东部的上覆发育有中粒砂岩,中、西部的上覆夹有11-1#煤,厚度为19.3m;直接顶为灰白色粗砂岩,该巷道开口处附近发育有一层厚度约为0.34 m的碳质泥岩,厚度为7.9 m;直接底为灰白色细砂岩,质地坚硬,厚度2.7m。

巷道四邻关系：8812工作面掘进范围地面位于后黑梁的低洼处,沟谷分布广,中部较高,西部、东部较低,有三条公路沿南北向通过其上。井下北部为410轨;西部为410-1轨;南部为8814掘进工作面(已圈定);东部为新408轨等三条盘区巷。地面无建筑物,无影响。

地质构造：2812整体西高东低,煤层较稳定,预计本巷道掘进时将遇到3条落差在0.5-2.0 m之间的正断层,受断层的影响,顶板的完整性将遭到不同程度的破坏,因此一定要加强工作面顶板的管理以防发生漏顶。

综上所述,巷道掘进将受多条断层影响,见表1。因此,如何确定最适宜的支护强度,既可保证顶板安全,尽可能降低支护成本,又可提高掘进效率,成为摆在我们目前的突出问题,为此我们成立课题组,进行公关。

表1 断层参数表

2 快速掘进工艺设计

快速掘进工艺设计的基本思路是根据不同区段,选择适宜的支护形式、支护参数、支护材料,在高质量的支护措施下组织设计一套快速掘进工艺流程,达到提升掘进效率的目的。

2.1 选择支护形式、确定支护参数

2.1.1 选择支护形式

顶板支护选用螺纹钢锚杆+钢带支护,其锚固力大,钢带面积大、强度高,且与顶板由点接触变为面接触,整体性强。对于下部煤层巷道尤其是全煤巷道,是一种适宜的、科学的支护形式。由于掘进区域顶煤层平均厚度为2.4 m,因此决定采用螺纹钢锚杆+钢带+锚索支护的支护形式。锚索起到补强和悬吊的作用。

2.1.2 确定支护参数

1)锚杆支护参数的确定

根据围岩条件,由于锚杆不能锚固在稳定基岩中,根据挤压加固理论：

锚杆长度：L=N(1.1+B／10)锚杆间距：D≤0.5 L

式中：B-巷道或硐室跨度(2812巷宽度5.5m)；

N-围岩稳定性影响系数(取1.0)。

则，L=N(1.1+)=1.0(1.1+5.5/10)=1.65m

因此,选用直径16mm、长度1.7m的螺纹钢锚杆,配合钢带使用,锚杆有效长度1.67m。

锚杆间距：D≤0.5 L;D≤0.5×1.67=0.835m。

确定顶板每根钢带使用5根锚杆,锚杆长1.7m,每根锚杆的锚固力7 t/根,锚杆间距0.8m,使锚杆在垂直巷道方向形成加固梁,根据施工经验,锚杆排距确定为0.9m;顶层煤不完整时铺菱形金属网。

2)锚索支护参数的确定

为了加强锚固体的强度,防止煤岩顶板冒落,采用预应力锚索作加强支护,采用低松弛、高强度钢绞线,直径为17.8mm,该钢绞线的最低破断载荷为329.8 KN,应用悬吊理论进行参数计算：锚索长度：L=l1+l2+l3

L-锚索长度;

l1-锚索外露长度,取0.30m;

l2-巷道顶板潜在破坏范围,取最大顶煤层厚度L2=1.5m;

l3-锚索伸入老顶层长度,取1.5 m。

计算得：L=0.3+4.0+1.5=5.8m。

从以上计算结果,选择6 m的锚索,保证锚索锚固在老顶层稳定岩层中,可达到有效控制顶板的作用。

锚索排间距：根据施工经验,锚索沿巷道中心线布置一排,间距2.0m,排距3.0m。

2.1.3 质量保证措施

1)采用钻嘴19mm的MQT气动锚杆钻机，19 mm组合钻杆，ø25mm钻头,达到锚杆(索)孔径、锚杆(索)直径与树脂直径三径匹配,保证锚杆角度和锚固效果。

2)使用气扳机和加长扳手对锚杆施加140 N.m的预紧力,锚索施加120 KN的预紧力,起到主动支护作用,防止顶帮离层。

2.2 工艺流程的设计

工艺流程图，见图1。

图1 工艺工序流程图

3 实施情况

使用S-300掘进机在2812巷按照上述工艺工序流程进行快速掘进(切割煤),三个半月将8812工作面的皮带运输顺槽顺利掘成,月均进尺达到471 m,掘进效率显著提高。

4 结论

1)运用工艺流程图,将各班各施工工序有效地用图示的办法展示出来,避免了施工中乱扎堆的现象,提升了施工效率。

2)掘进中运用了风动锚头、风动扳手、风动涨拉千斤、机载超前等,对有效提升机掘快速掘进也起到了有力的支撑。

3)在巷道口安装了压风机,解决了支护过程中风量不足的问题。

4)锚杆、锚索保证预紧力和锚固力,确保了支护效果。

〔责任编辑 石白云〕

Research on Long Large-section Gate Roadway Continuous Rapid Excavation Technology

LU Xue－bin
（Yungang CoalMine Company of Datong CoalMine Group，Datong Shanxi，037017）

This paper introduces in long large－section gate roadway，by choosing the proper form，parameter，material and quality of support，rapid excavation process can be realized and excavation efficiency can be improved.

long strike；large－section；gate roadway；rapid excavation

R742.1

A

2012－12－12

鲁学斌（1963－），男，山西阳高人，硕士，研究方向：煤炭生产采掘工艺。

1674-0874（2013）03-0077-03