大断面切巷施工支护工艺研究与应用研究

赵晓强

（西山煤电集团马兰矿，山西 古交 030205）

1 工程案例

西山煤电集团公司马兰矿位于山西省古交市西南15km，井田面积104.4km2，矿井设计生产能力4.0Mt/a。马兰矿井田共赋存 02#、03#、2#、3#、4#、6#等九层煤，煤层总厚度为13.34m，现主要开采煤层为02#、2#、8#煤层。井田地质构造相对简单，采区内无大的地质构造，多为小断层。

28307工作面位于北三下组煤采区右翼，皮带巷、轨道巷均开口于北三下组煤轨道下山，皮带巷里程1130～1158m东南侧实体最小间隔11m为28110采空区，轨道巷938～1130m西北侧实体最小间隔40m为28106采空区。工作面上部间隔65～84m为22307采空区及实体煤柱，其他位置暂无工程。28307工作面回采煤层为石炭系太原组8号煤层，属近水平稳定可采厚煤层。煤层结构简单，煤层普氏硬度2.0～2.5。煤层顶板从下到上依次为：炭质泥岩，平均厚度为1.5m；泥岩，平均厚度为3.5m；中粒砂岩，平均厚度为5.2m。

图1 28307工作面切巷施工设计平面图

28307工作面切巷设计长度为178m，巷道宽度为8.5m，巷道高度为3.5m，如图1所示。传统采用一次性成巷的方法施工中切巷，采用单一锚杆支护顶板。由于28307工作面切巷顶板存在伪顶，巷道在爆破施工过程中顶板极易破碎，出现局部冒顶现象，同时28307工作面上部为22307采空区，受压力影响工作面切巷在施工过程中压力较大，采用传统的施工方法及支护工艺不利于巷道施工安全及顶板维护，对此马兰矿决定采用半巷掘进施工方法以及顶板采用“JW”钢带配合锚网索交错式布置并架设密集支柱施工工艺。

2 施工方法

（1）首先在28307皮带巷尽头靠近采空区一侧开口施工，由于28307切巷开口位置位于两巷交叉地带，防止因爆破震动造成三角地带顶板垮落事故发生，切巷开口前5m范围内采用风镐人工掘进，严禁爆破施工。

（2）28307切巷掘进5m后采用全断面光面爆破施工，施工断面规格为宽×高=5.0×3.5m，为了便于巷道掘进后采空区一侧煤壁维护，在爆破钻眼施工时必须确保采空区一侧帮钻孔与工作面夹角不低于87°。

（3）当28307切巷掘进至158m时进行探巷工作，每掘进一个循环探巷距离不得低于5.0m，且每班掘进进度不得超过2m，当巷道掘进至172m时严禁采用爆破施工，应人工采用风镐掘进，确保28307切巷与回风巷安全顺利贯通。

（4）当28307切巷与回风巷贯通后，从切巷头部沿工作面走向方向开始扩帮，扩帮断面规格为宽×高=3.5×3.5m，且一次性成巷，扩帮时采用松动爆破施工方法。

（5）为了便于组装采煤机及刮板输送机，28307切巷扩帮到位后在切巷尾部施工一个采煤机壁龛，采煤机壁龛断面规格为：长×宽×高=25×1.5×3.5m。

（6）待28307切巷形成后，在切巷尾部施工一个调车硐室，调车硐室断面规格为：宽×深×高=5×5×3.5m，在切巷头部分别施工一个绞车硐室和端头支架硐室，两硐室断面规格相同为：宽×深×高=5×3×3.5m，具体位置如图1所示。

3 支护工艺

（1）为了确保初次半巷掘进开口施工安全，在28307切巷开口位置施工一根锁口钢梁，钢梁长度为4.8m，每根钢梁配合三根长度为5.3m预应力钢绞线，同时在切巷与28307皮带巷交叉位置施工一组组合锚索，组合锚索由规格为长×宽=0.6×0.6m钢托板以及5根长度为8.3m预应力钢绞线组成。

（2）28307半巷掘进时顶板采用锚杆、锚索、“JW”型钢带联合支护，顶板采用6孔长度为4.8m“JW”型钢带，钢带间距为1.0m，垂直切巷布置，每根钢带配套6根长度为2.5m左旋无纵筋螺纹钢锚杆，每根锚杆垂直顶板布置，锚杆间距为0.9m，如图2所示。

（3）在初次半巷掘进期间，切巷顶板每排布置两根锚索，锚索长度为8.3m，锚索与顶板采用钢托板及锁具进行预紧，锚索间距为1.8m，第一根锚索施工在距采空区侧煤壁1.15m处，每排锚索施工在相邻两根钢带中间，锚索排距为2.0m。

（4）二次扩帮时顶板同样采用锚杆、锚索、“JW”型钢带联合支护，顶板钢带长度为3.2m，每根钢带配套5根长度为2.5m左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间距为0.8m，钢带排距为1.0m，该钢带与初次半巷掘进时顶板钢带成交错式布置。

（5）二次扩帮时顶板每排施工一根锚索，锚索排距为2.0m，锚索施工在距采煤侧煤壁1.75m处且位于相邻两根钢带中间，锚索长度为5.3m。

（6）为了避免半巷掘进断面与扩帮断面交界处顶板支护不到位出现冒顶事故，在分次掘进边界位置施工一组组合锚索，组合锚索沿工作面倾向方向布置，组合锚索间距为3.0m，每组组合锚索由规格为宽×长=0.5×0.5m钢托板及四根长度为8.3m锚索组成。如图2所示。

图2 28307工作面切巷施工支护断面平面图

（7）为了进一步加强28307工作面切巷顶板稳定性，待切巷顶板永久支护全部施工完后，在巷道内支设三排单体支柱，第一排单体支柱支设在距采空区一侧煤壁2.0m处，单体柱间距为2.0m，第二排单体支柱支设在距采煤一侧煤壁1.5m处，支柱间距为2.0m，第三排支柱支设在采煤机壁龛处且紧贴煤壁，支柱间距为1.5m，所有支柱沿工作面倾向布置，支柱与顶板采用木楔接触严实，必须保证支柱支撑力符合设计要求。

（8）为防止煤壁炸帮影响工作面准备工作，在采空区一侧及采煤一侧煤壁分别施工三排护帮，护板间排距为1.0m，护帮锚杆采用长度为2.0m玻璃钢锚杆。

4 结语

由于回采工作面切巷断面较大，采用传统一次性成巷时，巷道顶板暴露面积较大且支护不及时，对于软岩煤层顶板很容易发生重大顶板垮落事故。马兰矿在施工28307工作面切巷时采用半巷分次掘进施工工艺，对切巷顶板施工锚杆、锚索、“JW”型钢带以及组合锚索等永久支护，架设单体支柱作为临时支护。与传统的一次性成巷施工工艺相比，28307工作面切巷提前3d完成巷道掘进任务，加快巷道掘进速度，避免了顶板支护二次返工，提高了顶板支护效果，取得了显著的经济效益和安全效益。