对采区煤层回风上山掘进工艺的研究

文/张万伦，重庆能投渝新能源公司芦塘煤矿

1 工程概况

芦塘煤矿W114采区煤层回风上山位于+620m水平W114采区，主要承担+620m北全岩运输大巷及W114采区前期掘进期间的回风任务，总工程量为283.7m，该巷道沿K1煤层倾斜方向布置。

本区域处于清水溪向斜西翼，含煤地层上部位于二迭系上统吴家坪组（P2W）第二段内，其底板岩石坚固性f=8～10级，其岩性特征为深灰色厚层状生物碎屑灰岩，可能出现隐伏断层,但断距不大,对该工作面掘进无影响；从总体来看,该掘进工作面的地质构造相对较为简单。工作面水文地质情况较为简单，预计正常涌水量在0.00 5m³/h，最大相对瓦斯涌出量为8.30m3/t，最大绝对瓦斯涌出量为3.46m3/min，无煤尘爆炸性危险，K1煤层属Ⅱ类，自燃煤层。

2 巷道支护设计

为确保该采区回采期间的安全和回风任务，巷道断面采用矩形断面，净宽×净高为2.4m×2.0m，正常地段为锚杆支护，两帮采用贴帮柱背护，若遇地质构造带（或顶板破碎区域）采用9#或11#矿用工字钢架棚支护。锚杆支护设计计算如下：

2.1 锚杆长度计算

L=KH+L1+L2，式中：L—锚杆长度，m；H—冒落拱高度，m；K—安全系数，取2；L1—锚杆锚入稳定岩层深度，取0.6m；L2—锚杆在巷道中的外露长度，取0.05m。其中：H=B/2f=2.7/(2×4)=0.34m，式中：B—巷道宽度，2.7m ；f—岩石坚固性系数，取4。即L=2H+L 1+L2=2×0.34+0.6+0.05=1.33m ，施工时取L=1.8m 。

2.2 锚杆间、排距的计算

式中：a、b—锚杆间、排距m；Q—锚杆设计锚固力，50kN/根；

2.3 锚杆直径的选择：

式中：a—锚杆排距；h—锚杆承载岩体高度，取锚杆长度1.8m；

b—锚杆间距；r—承载岩体容重23kN/m3；K—安全系数，取2；Δ—锚杆材料抗拉强度，取38kN/m2，d=15.8mm，施工中取Φ=18m m

通过验算，排距确定为0.8m，间距为0.8m,能满足支护要求。

顶板正常情况下采用锚杆锚网进行永久支护,顶板由上帮向下帮依次打4排锚杆，其中，最上排锚杆距离上帮煤层为0.2～0.3m。锚杆长度1.8m，杆径18mm，支护间距为0.8m，排距为0.8m，掘进过程中必须严格执行随掘随支，严禁空顶作业；如遇较大的破碎带、溶蚀区、断层、裂隙、煤层松软、应力集中区等不正常地段情况下采用9#矿用工字钢架棚进行支护，支护间距为中对中1.0m，并背帮接顶牢固，距迎头的距离不得大于1.0m，并严格按要求使用好固棚器、前探梁，且必须严格执行随掘随支，严禁空顶作业。如爆破后断面不符合设计要求，必须立即刷帮、挑顶或卧底，直到符合设计断面为止。

3 施工方法及工艺

3.1 施工方法

W114采区煤层回风上山为半煤巷，采用风镐落煤掏槽，风动凿岩机底板打眼、装药、放炮进行掘进。

3.2 工艺流程

准备及安全检查→转煤（矸）→质量验收→施工探眼→施工炮眼→装药联线→爆破→排放炮烟→安全检查→临时支护→正式支护→装运矸→按规定钉道移耙岩机、延接风水管。

3.3 探眼施工

为了摸清掘进前方的地质情况，该巷道在每班施工前必须进行钎探，根据现场实际情况布置探眼的个数为3个：1#孔位于碛头正中的巷道中心线上，距离腰线以上0.2m,与巷道掘进方向一致，探眼深度为5m；2#孔位于碛头巷道中线的右边，距离巷道中线1.1m，距离腰线以上0.5m处，与巷道掘进方向成30°的夹角，探眼深度为5 m；3#孔位于碛头巷道中线的右边，距离巷道中线1.1m，距离腰线以上0.2m处，与巷道掘进方向成30°的夹角，探眼深度为5m；必须保证每班掘后两帮及迎头2m以上超前距及周边距。

3.4 钻眼爆破

1）打眼机具：采用7655D型风钻、六棱钎杆、40mm钻头打眼。

2）炮眼的孔径为40mm，掏槽方式为风镐落煤掏槽法。

3）炸药、雷管：使用煤矿许用二级乳化炸药，煤矿许用毫秒延期电雷管（1-5段），电雷管必须编号。

4）装药结构：采用正向装药。

5）起爆方式：起爆使用MFB-100型发爆器一次装药一次爆破，爆破联线方式为串联，正向起爆。

6）启爆点：该巷若要在进风流中的安全地点起爆，则爆破距离较长，作业人员在较长的距离下来回作业时间增加，为了减少循环作业时间，经矿研究决定，将启爆点设置在+620m北全岩运输大巷内的第二个放炮硐室处，但放炮硐室内必须要安装一个压风自救箱、5-6个隔离式自救器、一个甲烷传感器、一个程控电话。

3.5 其他安全措施要求

1）掘进前必须先进行物探，再进行超前钻探，保证工作面迎头不小于30m、两帮不小于20米的安全岩（煤）柱.

2）打眼支护前，首先检查巷道断面规格，不符合设计要求时必须先进行处理；打眼前要先按照由外往里的顺序检查顶帮，找掉悬矸危岩，确认安全后方可作业。坚持湿式打眼，不准打干眼；打眼工佩带防尘口罩；装岩前对岩堆洒水。

3）锚杆头必须贴紧岩面，锚杆与井巷轮廓切线或与层理面、节理面裂隙面垂直，最小不小于75°，抗拔力、预应力不小于设计值的90%。锚杆必须横成排、纵成线，锚杆锚固力不低于50KN。

4）工作面不得随意停风；因检修、停电等原因停风时，必须撤出人员、切断电源、打好栅栏。恢复通风前，必须检查工作面瓦斯。只有在工作面瓦斯浓度符合规定及局部通风机及其开关附近10 m以内风流中的瓦斯浓度都不超过0.5%.

4 结束语

经过现场实践，本掘进工艺简化了施工工序，节省了支护材料费用和用工，减少了工人的体力劳动强度，同时提高了效率及安全系数，是一种安全、高效、快速、科学的施工方法，给同等条件下巷道施工积累了宝贵的经验。