大倾角开切眼一次成巷施工技术实践与应用

2019-07-30朱金平

山东煤炭科技 2019年7期

朱金平

（华亭煤业集团有限责任公司陈家沟煤矿，甘肃平凉 744100）

1 概况

陈家沟煤矿3204工作面位于+1050m水平以下的三采区西翼第二区段，东端与三采区三条下山保护煤柱相邻，西端与采区边界保护煤柱相邻，回风顺槽和三采区一车场轨道巷相接，运输顺槽与三采区二区段运煤斜巷及材料运行下山相接，斜上方为3203工作面采空区。工作面切眼采用内错布置，掘进长度64.6m，坡度为19°。切眼断面形状为矩形，宽度6.7m，高度2.6m，采用锚网索+抬棚+木垛联合支护。开切眼上口与3203工作面开切眼间距为6.3m，下方为3201工作面运输顺槽，并与3204回风顺槽下平巷相接。

2 改进施工工艺

以往工作面开切眼施工均采用钻爆法分断面一次导洞、二次扩掘成巷的施工方法掘进，施工工序复杂，安全风险大，施工工期长，需要的劳动力多，现场组织困难，投入成本高，造成二次扰动破坏大，支护困难，不利于安全管理。

改进后的工艺为钻爆法掘进大断面开切眼一次成巷。在倾斜大断面利用交错迈步式一次成巷技术，即采用钻爆法首先在工作面开切眼一侧半断面掘进2.1m支护到位，再开始另一侧半断面掘进，依次往复施工，始终保证一侧超前3个循环（2.1m）。通过该技术降低了安全风险，提高了掘进速度，保障作业人员人身安全，见图1。

3 开切眼及附属硐室巷道断面优化

为保证工作面综采设备顺利安装，安装期间不再扩刷、整修巷道，3204工作面开切眼断面尺寸一次设计到位，具备精准安装的条件。对工作面开切眼下口10m范围内增大了设计断面，由原来的掘进宽度6.7m，增加到8.2m，上口5m范围内由原来的掘进高度2.6m，调整为3.1m。并缩短了上口绞车硐室的长度，由原来的18m调整为9m，开口段5m范围内由原来的梯形断面变为直墙半圆拱形断面，掘进宽度3.4m调整为4.8m，绞车硐室断面面积由原来的10.2m2增大到了15.76m2，以里4m和原有设计一致，减少了工程量。

图1 开切眼顶部展开图

4 优化支护方式和参数

以往施工的开切眼均采用规格为M22-Ф20-2400mm的螺纹钢锚杆， 100×100mm蝶形托板，布置方式均为矩形，间排距800×800mm，并采用规格为Ф15.24-7300mm的预应力锚索，10mm钢板托板，规格为300×300mm，后巷打设2列倾向抬棚，配合4孔和7孔钢筋托梁及金属网片进行护帮护顶。采用该支护锚杆锚索的支护强度低、支护密度小且受力不均，支护参数匹配不合理，导致巷道成形差，巷道变形严重，金属网撕裂，钢筋托梁发生弯曲变形，顶板下沉量达到400mm，两帮移近量500mm。采用原有的支护方式无法保证施工安全及后续工作面设备安装。

优化3204工作面开切眼的支护参数如下：

顶板支护：采用M24-Ф22-2800mm的无纵肋高强Q500螺纹钢让均压锚杆，150×150mm蝶形托板，矩形布置，间排距750×700mm，配合5孔钢筋托梁及金属网片进行护表；采用规格为Ф22-4300mm的强力锚索，300×300mm的高强蝶形托板，矩形布置，间排距为750×700mm；掘进2～4.2m无法打设永久支护抬棚时，采用“一梁两柱”，打设临时抬棚支护，到达4.2m的距离后拆除临时抬棚，按照“一梁四柱”打设永久抬棚4列。

巷帮支护：老塘侧采用M24-Φ22-2800mm型让压锚杆支护，每排4根锚杆，锚杆排距700mm，间距750mm。煤壁侧采用Ф18-2000mm的玻璃钢锚杆支护，间距750mm，排距700mm，每排打设4根锚杆，为防止超前迈步侧帮部煤体垮落，提前打注不同数量的Ф15.24-3300mm预应力锚索作为超前支护，详见图2。

图2 开切眼支护断面图

5 矿压监测

掘进时共布置矿压观测站2组，1号测站距运输巷口20m，2号测站距回风巷口20m。每组包括YHW300型顶板离层仪1台，锚杆测力计3台，表面位移观测站1组。

矿压监测结果显示，巷道底鼓量150mm，两帮移近量40mm，顶板下沉量70mm，锚杆受力在150～200kN。通过日常观测看，巷道整体变形量小，支护结构稳定。

6 效益分析

6.1 安全效益

采用了大断面一次成巷技术，施工速度快，工效高，易管理，保证了矿井安全生产。

6.2 经济效益

（1）投入材料费用情况。原施工方法延米巷道投入材料费用6500元，累计投入60.78万元；采用一次成巷技术延米巷道投入4100元，累计38.34万元。通过比较最少节约22.44万元。

（2）巷道变化后产生的费用。原施工方法巷道变形严重，底鼓明显，按照失修率7%算，巷道失修量为93.5×0.07=7m，延米失修费用6500元，人工费、材料费共投入14.7万元；巷道底鼓量平均按照400mm计算，工程量为251m³，每立方按照80元，需人工费2万元；完成以上两项工程需工期6d，投入费用16.7万元。

（3）提高了掘进工效。采用以往的施工方法，每个小班需20人，日进尺为2m，日掘进工效为0.04，而采用一次大断面成巷技术，日进尺为3.2m，日掘进工效为0.09。采用以往的掘进方法完成该项工程最少需60d，需人工费168.3万元；而采用一次大断面成巷掘进技术完成该项工程最少需29d，每个小班需12人，需人工费52.2万元，节约人工费116.1万元。