大断面切巷快速开口施工工艺技术研究

邓跃东

（山西霍宝干河煤矿有限公司，山西 临汾 041600）

大断面巷道开口施工时受施工工艺、地质构造、围岩应力以及巷道顶板暴露面积等影响，巷道开口难度大，巷道开口时经常出现顶板破碎、局部冒落、上覆岩层深部断裂及大面积垮落等事故，巷道顶板局部范围内形成松动圈及裂隙破碎带，而传统的锚杆、锚索只能对巷道顶板局部岩层进行支护，对于松动圈、裂隙带等破碎岩体而言，单一锚网支护效果差。在进行大断面开口施工时，必须合理分析顶板破碎、冒顶主要机理，根据实际情况采取对应的控制措施，只有这样才能加快巷道开口效率，保证施工安全。本文以山西霍宝干河煤矿有限公司1-209切巷开口施工为例，合理分析了大断面切巷开口施工时存在的难题及采取的对策措施，确保大断面切巷安全高效开口施工。

1 工作面概述

山西霍宝干河煤矿有限公司位于山西省洪洞县北部，距县城23km，矿井井田面积为35.6km2，初步设计生产能力3.0Mt/a，批准可采煤层为1#、2#、10#、11#煤，可采储量累计1.69亿t，设计服务年限58a。

图1 干河煤矿二采区1-209工作面布置示意图

1-209工作面位于+80水平二采区南翼，工作面北端为1-2032巷，南端为2-100采空区，西侧为实体煤，东侧布置三条采区大巷，分别为二采区回风巷、二采区轨道巷、二采区皮带巷。如图1所示。1-209工作面采用综合机械化后退式回采工艺。工作面采用一进一回的通风方式，其中1-2091巷为运输巷，1-2092巷为回风巷，两巷已掘进到位。

1-209工作面切巷设计长度为178.5m，巷道设计断面规格为宽×高=6.8×2.4m，巷道从1-2091巷1100m处开口并以150°方位角沿1#煤层顶板掘进，掘进到位后与1-2092巷贯通，截至目前1-209切巷已掘进5m。1-209切巷掘进煤层为1#煤层，煤层平均厚度为2.4m，煤层内夹杂一层矸石，厚度为0.4m，施工巷道顶板直接顶主要以粉砂岩为主，平均厚度为1.6m，岩层半坚硬；基本顶主要以泥岩为主，平均厚度为4.2m，岩层松软，在应力作用下易破碎，如图2所示。根据干河煤矿地测科提供资料显示，1-2091巷掘进至105m处在巷道北侧20m处存在一条F1正断层，断层落差为3.0m，倾角为55°，断层向工作面方向延伸。

图2 干河煤矿二采区1-209工作面煤层柱状图

2 1-209切巷前期施工工艺及存在难题

2.1 切巷前期施工及支护工艺

（1）施工工艺：1-209切巷道前期采用炮掘方式分次成巷，施工时分I段、II段进行爆破（煤柱侧为I段，采空区侧为II段），先爆破掘进I段，I段掘进4排锚杆支护完成后再对II段刷帮，刷帮4排锚杆支护完成后再掘进I段，依次循环作业。

（2）支护工艺：顶部采用全锚索配合W钢带支护，每排施工10根锚索，配合两根5孔W钢带，每根钢带采用5根Φ21.6×5200mm锚索，间排距800×800mm，紧靠帮部的端头锚索在距帮部200mm位置施工，每排施工两根钢带，钢带交错布置，排距为400mm；煤柱侧帮部每排施工3根Φ22×2400mm高强金属螺纹钢锚杆，间排距900×800mm；煤壁侧帮部每排施工3根Φ20×2000mm的树脂锚杆配合木托板支护，间排距900×800mm；最下一根帮锚杆距底板300mm，顶帮锚索（杆）均垂直于煤（岩）壁布置。

2.2 原施工工艺存在难题

（1）根据干河煤矿钻探部门对切巷施工地段钻探发现，受邻近F1断层影响，施工巷道顶板往上5.2m处产生裂隙带，且向巷道掘进方向延伸，延伸长度预计15～20m。而切巷采用爆破施工工艺，施工巷道顶板在爆破震动、构造应力以及上覆岩层自身重力作用下，顶板裂隙会出现裂隙分支，局部范围会出现岩体破碎，胶结稳定性差。1-209切巷前期施工时采用单一锚索支护，锚索长度为5.2m，锚索锚固端处于破碎岩体处，锚索支护效果差，不能满足生产需要。

（2）1-209切巷宽度为6.8m，初步设计中巷道施工采用交替扩帮的方法进行全断面成型，随着巷道不断延伸，前期掘进巷道顶板暴露面积大、时间长，而施工巷道基本顶主要以泥岩为主，岩石硬度低，在构造应力及围岩应力作用下，施工巷道顶板会出现下沉现象，且随着时间的延长下沉量会加大，当外界作用力大于顶板岩石层屈服强度时，顶板会出现大面积垮落。

3 工艺优化

3.1 施工工艺优化

为了避免因施工巷道顶板暴露面积大、暴露时间长造成顶板压力加大出现顶板下沉、大面积垮落事故发生，干河煤矿通过技术研究对1-209切巷开口前20m采用小断面巷道一次性成型、大断面扩帮的施工工艺。

（1）将1-209切巷断面划分为两个断面，小断面规格为宽×高=2.8×2.4m，大断面规格为宽×高=4.0×2.4m。

（2）在小断面巷道采用全断面光面爆破，炮眼深度为1.0m，为了确保巷道成型在炮眼布置时周边眼数量不得低于20个。

（3）当小断面巷道掘进20m且顶板岩石层稳定后，再继续采用初步设计的施工工艺，当整个切巷施工完后再对开口前20m范围内进行扩帮。

（4）扩帮时采用松动爆破施工工艺，炮眼垂直工作面煤壁布置，炮眼深度为0.8m，扩帮后及时补打支护。

3.2 支护工艺优化

（1）1-209切巷开口时，在工作面施工注浆钻孔，钻孔布置在距顶板1.0m处，钻孔深度为6m，每排布置三个钻孔，间距为1.0m，钻孔与工作面成7°夹角，必须确保钻孔终孔位置处于顶板裂隙带处。钻孔施工完后采用高压注浆泵对钻孔注射马丽散凝固液，注浆后及时对钻孔进行封孔处理。

（2）工作面注浆2h后，采用松动爆破进行小断面掘进，掘进进度控制在1.0～1.5m，掘进后及时对顶板施工永久支护，小断面巷道顶板采用锚索配合钢带联合支护，锚索长度为8.3m，钢带长度为2.4m，每根钢带配套四根锚索，锚索间距为0.7m，钢带排距为1.0m。

（3）顶板永久支护施工完后，为防止顶板下沉，在施工巷道架设可伸缩型钢棚，可伸缩型钢棚主要由两组“L” 型棚架组成，“L” 型棚架可对接拉伸，拉伸范围为2.0～5.0m，可伸缩型钢棚架设后在其下方支设两根单体液压支柱，防止棚梁变形。每掘进2.0m架设一架钢棚。

（4）1-209切巷扩帮处采用钢带、锚索、圆钢托架进行联合支护，钢带长度为4.0m，每根钢带施工6根锚索，锚索间距为0.7m，钢带间距为1.0m，扩帮处钢带与小断面巷道顶板钢带交错布置。相邻三根钢带施工完后采用Ф50mm，长度为2.2m圆钢托架进行固定，每三根钢带安装两根圆钢托架，圆钢托架与钢带垂直布置，如图3所示。

（5）扩帮后及时将小断面巷道内可伸缩型钢棚进行拉伸，使钢棚对切巷全断面支护，当切巷掘进20m后剩余巷道施工工艺及支护工艺与原设计相同。

4 结束语

山西霍宝干河煤矿有限公司1-209切巷在开口施工期间，合理分析复杂条件下大断面切巷传统施工工艺存在的不足，并对其进行优化。实践证明，1-209切巷采用优化后的施工工艺后全断面巷道平均掘进进度达2.5m/d，保证了大断面切巷快速开口；同时，采用合理支护措施后，1-209切巷在开口前20m顶板未出现下沉、局部冒顶以及大面积垮落等事故，提高了顶板稳定性，取得了显著成效。

图3 1-209切巷支护工艺优化后断面示意图