山西杜儿坪煤矿软岩巷道支护及快速掘进技术

2018-08-17王国明

现代矿业 2018年7期

王国明

(山西焦煤集团有限责任公司杜儿坪煤矿)

杜儿坪煤矿位于太原市西部、西山煤田东北部，距太原市五一广场19.8 km。井田西北与西铭矿相连，东南与官地矿接壤，东北以9#煤层露头为界，西南与邢家社普查区相邻，形态大致为NE—SW走向的长方型，长约10 km，宽约6.48 km，面积69.7 km2。本研究通过对该矿山软岩巷道支护与掘进方案进行设计，为提高该矿巷道掘进安全性和进度提供参考。

1 软岩巷道支护方案优化设计

1.1 超前支护方案设计

本研究设计采用超前锚杆支护方案。首先将超前锚杆打入巷道掘进前方稳定岩层内，末端支承于拱部围岩内专为超前锚杆提供支点的径向悬吊锚杆[1]。爆破前，在巷道几何尺寸要求的外围约200 mm 的井巷轮廓线外，每隔800 mm间距打注1个φ20 mm×2 000 mm螺纹钢锚杆，角度与巷道前进方向成45°夹角，锚杆尾部使用调心球垫和300 mm×300 mm(长×宽)木托板，锚杆端头使用1支MSCK2360型和MSK2380锚固剂，实现全长锚固，锚杆预紧力不宜小于200 N·m。放炮前，有必要逐根检查锚杆预紧力大小。放炮炮眼眼口位置应低于锚杆垫片150 mm以上，且周边眼实行光面爆破，以便对超前锚杆产生最小的影响力。放炮后，人员不得进入空顶下作业，应先检查超前锚杆的支护情况，同时对锚杆的锚固力进行检查。在超前锚杆支护有效的情况下，对爆破地段的顶帮进行敲帮问顶和处理浮岩活石，之后方可进行下一工序作业。

1.2 注浆加固方案设计

该矿软岩巷道除采用锚杆支护外，也采用了管棚支护方式。在进行管棚支护时，待棚架架设完毕后，便需进行挂网、喷浆以及注浆处理，确保U型钢能够均匀承载。经过现场分析确定的注浆参数为水灰比1∶1，双浆体积比0.04∶1。在实际操作过程中，由于巷道不同地段的围岩状况、裂隙发育程度不同，可对水灰比进行适当调节，但水灰比不宜小于0.5∶1，但也不宜大于1.5∶1。

针对巷道实际特点，可选择及时初喷以及滞后复喷模式。在巷道掘进过后，需及时进行喷浆处理。在掘进机后方进行复喷时，可保持与滞后注浆平行作业。滞后喷浆可以在一定程度上释放巷道应力，并且之后喷浆层也不易出现开裂问题，同时滞后喷浆还能够与注浆保持平衡作业，有利于进一步加快施工速度。初喷作业在巷道开挖以后及时进行，初喷厚度为50 mm。滞后喷浆紧跟掘进机后方作业，与注浆同时进行，喷浆厚度为100 mm，在复喷前应用高压水冲洗初喷面[2]。

2 软岩巷道快速掘进技术

一般来说，影响软岩巷道掘进速度的因素主要为：①施工工艺与平行作业的要求存在差异；②虽然装备性能够满足巷道掘进要求，但自动化水平不高；③矿区地质条件不佳，再之巷道顶板条件的影响，掘进机的开机效率偏低，并且井下作业环境相对恶劣；④施工组织缺少科学化的管理措施[2-6]。本研究以悬臂式掘进机岩巷机械化作业为例，对该矿软岩巷道掘进技术进行分析。

悬臂式巷道掘进机由主机以及配套设备组成。在切割岩石破落之后，通过转运机构将其传递至尾部，之后利用运输机将岩渣送走。在进行切割的过程中，可以满足任意形状断面的需求，并且还可以保证较高的精确度，有利于后续支护。该设备对于复杂地质条件具有极强的适应力，可以方便的进行转弯与爬坡，主要是用于采煤准备巷道的掘进，也可以在其余巷道施工中应用，并且巷道断面可以是任意形状。

掘进机截割方式会对机身稳定、工作效率、施工速度造成影响。在实际操作中，如果截割方式不准确，便会影响断面掘出的形状，从而与尺寸相同的断面产生极大差异。如在掘进较软煤壁时，其断面尺寸会高于要求，从而会进一步延长巷道掘进时间，浪费支护材料；若煤壁较厚，掘进的断面尺寸则小于设计要求。因此有必要根据实际断面尺寸进行掘进，确保成巷质量[7-11]。如果工作面岩层硬度较小，可通过截割头进行掏槽处理，而后依据切割方式便可满足整个巷道的掘进要求(图1)。

图1 巷道截割顺序示意[2]

当工作面岩石硬度不同时，首先需要考虑较软的部位，然后选择由下至上的左右截割方式进行操作。如果遇到硬岩，但又无法避免截割的情形，需要先截割有部分露头的硬岩，让其坠落，保持截割部位处于水平以及机器中心位置进行钻进处理，钻进时有必要按照节理发育以及岩石硬度确定钻进深度，在截割头扩窝后，方可进行钻进处理。

无论巷道围岩条件如何复杂，在利用掘进机进行截割作业时，都应选择由下至上的截割方式，有助于避免机体颤动，出现不稳定的情况，进而对紧固件和部分零件造成损坏。由上至下截割时，遇到坚硬岩石时，易导致大部分机体的重量都压在截割部位上，则会极大损害截割部位的轴承。无论选择何种截割方式，都需要按照如图2所示的方式进行切割。