厚煤层大断面巷道快速掘进应用实践

2020-04-09张彦宏

中国矿山工程 2020年1期

张彦宏

(大同煤矿集团同发东周窑煤业有限公司，山西大同 037103)

1 前言

巷道的掘进速率决定着矿井的生产接续，随着矿井开采中地质条件更加复杂，大断面、高地压、支护工艺、掘进施工工艺等因素都制约巷道快速掘进的速度，造成矿井的采掘衔接关系紧张[1-2]。为保证矿井的安全高效生产，应当从矿井地质条件分析、矿压监测、支护参数优化和选取合理施工工艺等多方面进行研究，尤其在厚煤层大断面工作面，矿压显现规律更加复杂，巷道快速掘进更需要采用合理的施工工艺和支护技术。本文以发东周窑煤业公司南胶带巷为研究对象，采用合理的快速掘进施工工艺和支护参数，保证了巷道的安全高效掘进。

2 工作面概况

同煤集团同发东周窑煤业公司南胶带巷布置在4#层南盘区中，水平标高为900～946m。东部为实体，西部为南辅运巷(与南胶带巷相距42m)、南回风巷(与南胶带巷相距78m)，南部为实煤区。胶带巷煤层厚度不稳定，约2.7～8.2m，平均5.5m，岩性多为砂质泥岩、炭质泥岩、煌斑岩，次为黏土质泥岩、泥岩。巷道掘进断面17.85m2，净断面16.56m2，属于厚煤层大断面巷道。南胶带巷受顶板压力较大，顶板出现下沉及断锚杆、锚索现象，巷道掘进期间应加强顶板支护质量，压力显现区域增设顶板离层仪及顶板、两帮位移观测点，制定顶板补强措施。

3 影响快速掘进因素

(1)南胶带巷掘进后由于锚网索支护施工量大，造成掘进与支护不协调，影响着巷道的掘进速率。为了提高巷道掘进效率，在保证安全生产的前提下，南胶带巷顶板锚索可以滞后于掘进机后方，实现平行作业，从而在一定程度上提高巷道支护速率[3]。巷道掘进过程中，支护区域附近无断层等地质构造，顶板条件好，可以适当的增加锚杆、锚索间距，或在保证支护强度的条件下，减少使用树脂锚固剂使用，从而减少其在支护中的凝固速度[4]。

(2)由于制度管理等问题，在实际工作过程中，掘进区队各班组之间出现搭配不合理等现象，造成南胶带巷在掘进过程中浪费了大量的时间。区队应当制定完善的管理制度及岗位职责，使在实际生产过程中，各班组、工种之间能够实现快速衔接、转换和平行交叉作业[5]。

(3)南胶带巷属于大断面巷道，应采用合理的掘进施工工艺，若按一般巷道施工，不利用巷道成型，并且对巷道的支护也造成困难。当巷道顶板破碎时，应当缩短循环进尺，并优化掘进施工工艺，并提高支护强度，避免出现冒顶、片帮等事故影响巷道掘进进度。

4 快速掘进施工工艺

4.1 施工工艺

由于南胶带巷断面大，综掘机无法一次掘进成巷，采取短掘短支的掘进支护工艺，分层进行掘进支护。首先施工巷道上部，根据中腰线画出上部巷道轮廓线，然后进行截割掘进，上部断面高度控制在2.8m，掘进后在临时支护保护下及时进行锚网索喷支护。上层施工完毕后，根据中腰线画出下部巷道轮廓线，然后进行截割掘进，掘进后在临时支护保护下及时进行锚网索喷支护[6]。

南胶带巷掘进选用EBZ200型悬臂式综掘机，其具有截尺排列密集、单轴抗压强度高等优点。根据巷道掘进时围岩的完整性，在顶板完整、顶板破碎和易片帮区域围岩分别采用不同的掘进施工工艺，施工工艺如图1所示。

图1 南胶带巷掘进施工工艺

由于南胶带巷属于半煤岩巷道，应在煤岩结合处的煤层选择进刀，先截割煤，后截割岩石，即按先软后硬的程序进行。每向前割1m，进行锚杆、网片永久支护，空顶距可以支护一排锚杆时，要支护一排锚杆，可以支护一排锚索时，要支护一排锚索，待支护完成后，才可再向前截割。

4.2 多工序交叉平行作业

南胶带巷在掘进过程中，采用平行交叉作业，可以在提高施工效率，减少施工成本。当巷道在支护过程中，可以同时进行设备检查、维修等辅助工作，施工示意图如图2所示。

图2 多工序平行施工示意图

5 支护参数设计

5.1 锚网索支护

南胶带巷掘进后，其顶板受上覆岩层的压力较大，巷道顶板出现下沉且破碎严重，采用常用的900mm×900mm锚网索支护，出现锚杆、锚网被压断现象，达不到支护要求，因此，需要进一步加大巷道支护密度，提高巷道承载能力，保证巷道稳定性。根据顶板岩层的性质，巷道采用800mm×800mm锚网索支护，其具体支护参数见表1。

为了提高锚杆支护后所形成承载结构的稳定性，需要在运输巷锚杆之间采用直径14mm的圆钢焊制的钢筋梯子梁连接，进一步提高支护的强度。

5.2 注浆加固围岩

南胶带巷虽然采用800mm×800mm锚网索支护后能在一定程度上提高巷道围岩的承载能力，但是为了进一步保证巷道的稳定性，需要对巷道进行注浆加固，增强围岩的刚度和抗剪强度。采用注浆锚杆进行加固施工，选用ZBQS-12/10型便携式注浆泵，高水速凝材料，分别顶板和两帮分别布置注浆钻孔，注浆参数见表2。南胶带巷注浆管与封孔如图3所示。