顶板破碎大断面半煤岩巷快速施工技术研究

郑文贤

（西山煤电集团公司官地煤矿，太原 030022）

顶板破碎大断面半煤岩巷快速施工技术研究

郑文贤

（西山煤电集团公司官地煤矿，太原 030022）

随着矿井开采深度的增加，矿山压力不断增大，尤其是地质情况复杂（如断层、破碎带、走向坡度大、倾角大、节理发育等），给掘进工作带来了很多困难，严重制约着官地矿掘进施工速度。以官地煤矿北四新区33413工作面正巷皮带头顶板破碎大断面半煤岩巷施工为实例，通过优化施工工艺和巷道支护方式，有效控制了顶板，提高了掘进施工速度和作业安全系数，为类似地质条件下巷道快速掘进施工提供了依据和经验。

工作面概况；优化工艺；参数；效益分析

官地煤矿属于高瓦斯矿井，采用综掘机掘进，掘进速度逐年提高，促进了掘进技术的发展。但是，随着矿井开采深度的增加，矿山压力不断增大，尤其是地质情况复杂（如断层、破碎带、走向坡度大、倾角大、节理发育等），给掘进工作带来了很大困难，如巷道的压力增大，片帮、冒顶现象时有发生，严重制约着我矿掘进施工速度。

官地矿3号煤层位于山西组中下部，上距2号煤2.29～23.8 m，平均7.61 m，北部间距小于南部，煤厚0.23～6.38 m，平均2.82 m。厚煤带位于井田中部及东北部，南部有3小片尖灭区，含夹石0-3层，厚0.05～0.65 m，岩性为泥岩或炭质泥岩，顶板以砂质泥岩和细砂岩为主，有时具炭质泥岩伪顶，底板多为砂质泥岩或泥岩。据钻孔及井下生产揭露，2号煤与3号煤间距越大，3号煤愈薄，间距越小，3号煤愈厚。煤层变异系数44%，可采系数82%，属全井田大部可采的较稳定煤层。

官地矿掘进的单进水平受地质构造的影响效率较低，北四新区3号煤33413工作面正巷设计为机轨合一巷道，皮带头40 m内净宽5.0 m，净高3.5 m，由于地质构造复杂，断面大，巷道开口必须先向2号煤穿层再向3号煤穿层施工，采用锚棚联合支护，施工工作量大。当施工至2号煤层向3号煤层穿层时，由于2号煤松软托不住，顶板破碎，造成工作面漏顶，勾顶较高，又大大增加了工人的劳动力和安全隐患，严重影响掘进速度。为了提高掘进施工速度，减少施工工作量，提高作业安全系数，通过对顶板破碎大断面半煤岩巷施工工艺及巷道支护研究，采取缩小循环进度，提前往顶板上斜打锚杆、锚索，待掘进机割完半个循环及时加打吊梁，割完整个循环后再加套棚子，有效控制了顶板，提高了工作面的掘进速度和工作效率。

1 33413工作面概况

1.1 地质特征

官地矿北四新区33413工作面地面位于石盒子沟与太古公路之间的山梁上，盖山厚度295～420 m，平均厚度358 m。地面标高1 357～1 520 m。井下位于北四采区东南部，工作面西南部为33411工作面（正采），西北部为未采区，切眼前方105 m为正前大巷，工作面上部为22427、22429工作面采空区。2号-3号煤层间距约4.79 m。工作面标高1 065～1 110 m。煤层平均厚度3.43 m，煤层倾角2°～11°，该煤层结构简单，稳定可采。根据官84-9号钻孔柱状矿压观测资料分析，3号煤伪顶为泥岩，平均厚度0.60 m，直接顶为粉砂岩，平均厚度1.00 m，老顶为细粒砂岩，平均厚度3.19 m，2号-3号煤层间距约4.79 m，2号煤层平均厚度3.34 m，2号煤直接顶为粉砂岩，厚4.06 m，均属较稳定岩层。

1.2 巷道概况

官地矿北四新区33413工作面所掘巷道均属北四采区3号煤层，属1051水平。正巷设计长度为900 m，煤层平均厚度为3.43 m，采用矩形断面，为机轨合一巷道，皮带头40 m内净宽5 m，净高3.5 m，净断面17.5 m2，沿+3°腰线施工，先向2号煤穿层施工，再向3号煤穿层施工，见3号煤层后跟直接顶掘进。

2 优化施工工艺

过地质构造如断层、陷落柱、穿层等施工时，通常采用钻爆法落煤渣，工序繁多，且破坏顶板围岩严重，机械化程度低，作业安全系数低，掘进施工速度缓慢。针对炮掘存在的诸多问题，2号煤软托不住造成工作面漏顶、勾顶高度高的问题，为了进一步提高掘进施工速度，减少施工工作量，提高作业安全系数，通过认真摸索和现场试验进行施工工艺优化：

a.引进三一重型装备有限公司研制的适用于煤巷、半煤岩巷和全岩巷道的EBZ-260H悬臂式掘进机，实现了掘进机械化，有效控制了顶板围岩，提高了掘进施工速度。

b.综掘机掘进采取小进度、多循环及时对工作面顶部打上锚杆、锚索临时支护顶板，防止掘进工作面煤爆现象发生，待割完半个循环及时加打吊梁，一梁两索，再割完下半个循环后加套棚子，有效控制了顶板，减少了工作面漏顶现象，减轻了施工工作量，既可降低巷道的支护成本，又可提高巷道的掘进施工速度。

c.加强机电设备（溜子、综掘机）的日常维护与检修，专职维护工负责处理溜子飘链等问题，专人负责维护掘进机运行中可能出现的问题，大大缩短了因机电设备影响掘进的时间。

3 支护参数设计

根据现场实际地质条件，通过实验和论证对顶板破碎大断面半煤岩巷施工进行支护优化，选择合理的支护方式：

a.施工时，如果托住煤，架矩形棚子，采用净口5.0 m工字钢梁配合3.5 m工字钢腿支护顶板，棚距1.0 m，每两架棚子上铺加强菱形网，中间加打两根2.4 m长工字钢吊梁，一梁两锁，锚索采用21.6 mm×6 000 mm，间距2.0 m，“六六”盘帮勾顶。两帮根据现场实际情况挂网打锚杆加强支护。托住煤时顶板支护图，见图1。

图1 托住煤时顶板支护图

b.施工时，如果托不住煤，采用架对棚支护，棚距1.0 m，对棚距0.2 m，“六六”盘帮勾顶，铺加强菱形网施工。托不住煤时顶板支护图，见图2。

图2 托不住煤时顶板支护图

4 经济效益分析

根据现场支护材料投入情况来看，木板平均多投入2.1 m3/m，1 420元/m3，每米多套一架工字钢棚子，11号矿工字钢梁（5.3 m）1 124元/根，11号矿工字钢腿（3.5 m）786.8元/根，巷道约40 m，共计可节约资金23万元。按投入工数来算，采用本工艺后，圆班进尺3 m，比以前多1.5 m，按官地矿33413工作面正巷皮带头1 400元/m，圆班投工50个，预计共多投工650个，按每工200元算，可节约16万元，共计节约39万元。

5 结束语

通过顶板破碎大断面半煤岩巷施工工艺优化，采取小进度、多循环及时对工作面顶部打上锚杆、锚索临时支护顶板，防止掘进工作面煤爆现象发生，有效控制了顶板，减轻了施工工作量，降低了巷道的支护成本，提高巷道的掘进施工速度和施工安全系数，有效地保证了安全生产。此项技术已应用在官地矿北四新区33413工作面正巷皮带头大断面掘进施工，大大提高了掘进施工速度。此项技术可应用在当前煤矿顶板破碎大断面半煤岩巷掘进施工，适合在煤矿类似地质条件巷道推广应用。

Rapid Construction Technology in Half-coal-half-rock Roadways with Broken Roof and Large Section

ZHENG Wenxian
(Guandi Mine,Xishan Coal&Electricity Group,Taiyuan 030022,China)

With the mining deepening,the mining pressure increases.The complex geological conditions(e.g.faults,broken areas,deep slope,large dip angle,and joints)bring many problems which seriouslyrestrictthedrivingconstructionspeedinGuandiMine.Takinganexampleofa half-coal-half-rock roadway with broken roof and large section on No.33413 working face of Guandi Mine, the construction techniques and supporting methods were optimized to control the roofs and improve construction speed and safety factor,which could provide a basis for fast driving in the similar geological conditions.

general situation of working face;optimized process;parameters;benefit analysis

TD263.57

A

1672-5050（2015）03-0058-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.03.021

（编辑：刘新光）

2015-03-06

郑文贤（1976-），男，山西繁峙人，大学本科，工程师，从事采矿技术与管理工作。