四明山煤矿9104运输巷综掘施工工艺研究
2020-05-18郭海明
郭海明
(四明山煤业有限公司,山西 高平 048400)
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导致巷道掘进以及围岩控制难度逐渐加大,制约着巷道掘进效率的提升,造成矿井的采掘衔接关系紧张[1-2]。为了提高厚煤层大断面巷道掘进速率,不仅要对巷道掘进工艺进行优化,还应采用合理的支护措施,提高巷道的稳定性[3-4]。本文以9104运输巷为研究对象,采用安全高效的掘进施工工艺及确定经济合理的支护参数,保证巷道的安全快速掘进。
2 工作面概况
9104运输巷位于井田南部一采区,地面标高962~1 009m,工作面标高835~905m。由北向南开拓,巷道设计长度1 250m,断面净宽4.8m,沿9#煤层顶板向南开拓至井田边界保安煤柱。北为9#煤南翼辅运下山,南为井田边界煤层保护线,东为实体煤层,西为实体煤层。9#煤层平均厚度5.94m,倾角为2°~10°。煤层直接顶为厚6.2m砂质泥岩,基本顶为厚5.4m细粒砂岩,直接底为厚1.6m砂质泥岩,基本底为厚2.4m灰岩。
9104运输巷掘进期间煤层底板倾角总体较为平缓,预计煤层底板倾角变化2°~15°。9104运输巷在掘进至约460m处会揭露一小型向斜,倾角最大为8°,顶板可能存在较破碎地段,需加强顶板控制;掘进至约540m处,巷道处于下山阶段,煤岩层倾角变大,预测倾角13°~15°,巷道坡度增大,顶板可能较为破碎,顶板淋水可能增加,要加强顶板控制及排水工作。
3 巷道掘进施工工艺
3.1 掘进方式
9104运输巷采用综掘机施工,巷道沿9#煤层顶板掘进。由于巷道断面大,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。
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,具体如图1所示。
3.2 装载和运输
9104运输巷道掘进期间,在运输巷道安装一部DSJ80/40/2×55带式输送机,经过南翼胶带下山带式输送机→集中胶带大巷带式输送机→主斜井带式输送机至地面。设备、材料等采用WCJ2E防爆胶轮车运输,在地面装好后,从副斜井入井,经过南翼辅运下山运送至9104运输巷道掘进工作面。
4 支护工艺
9104运输巷受褶曲、断层等地质构造的影响,掘进后围岩变形较大,因此,需要采用锚网索+注浆加固的支护措施加固巷道围岩强度,提高巷道整体稳定性,保证工作面的安全高效回采。
4.1 锚网索支护
1)构造变形较大区域
褶曲、断层等构造造成9104运输巷围岩变形量大,占巷道围岩总变形量的65%~75%,因此,采用锚网索对巷道加强支护,其支护参数见表1,支护示意图如图2所示。
图1 9104运输巷掘进施工工艺
巷道掘进至构造区域时,顶板易破碎,影响巷道的掘进速率和安全,因此,需要增加锚杆和锚索的数量,提高支护强度。当巷道掘进至褶曲、断层前后10m区域时,由一般区域每排布置2根锚索,顶板每排打5根锚杆,两帮每排打3根锚杆增加至每3排打8根锚索,顶板和两帮每排分别打6根锚杆,提高构造区域支护强度,保证巷道围岩的完整性。
表1 断层等构造区域锚网索支护参数
图2 构造区域支护示意图
2)一般区域
尽管9104运输巷一般区域围岩变形量相对于构造区域小,但是为了保证巷道掘进施工的稳定性,同样需要采用锚网索支护,提高巷道整体稳定性。但是锚网索的规格与间排距等参数有所不同,其参数见表2。
为了提高锚杆支护后所形成承载结构的稳定性,需要在9104运输巷锚杆之间采用φ14mm的圆钢焊制的钢筋梯子梁连接,进一步提高支护的强度。
表2 一般区域锚网索支护参数
4.2 注浆加固
9104运输巷采用注浆加固,提高巷道围岩的完整性[5-6]。采用注浆锚杆施工,将注浆孔与锚杆合二为一。选用QB152型便携式注浆泵,注浆液为水泥、黄沙、石子配置而成,三者比例为1∶2∶2,水灰比为0.45∶1。注浆开始后缓慢增加压力,正常注浆压力为0.5~1.0MPa,终压为2.0MPa。根据巷道围岩性质,确定注浆参数见表3。
表3 注浆施工参数
当巷道围岩相对位移为27mm时,可知围岩1.5m范围内已产生松动裂隙,此时为注浆最佳时机,浆液有效扩散范围将达到2.3m。
5 效果检验
9104运输巷采用锚网索支护和注浆加固后,采用采用“十字布点”的方式监测巷道的围岩变形量,验证支护效果。巷道支护后监测围岩变形量见表4。
由表4可知,巷道采用锚网索支护和注浆加固后,巷道围岩变形量有了明显的减小,平均最大围岩变形量为0.02m。由此可知,支护提高了巷道围岩的承载能力,有效减小了围岩变形量,保证了巷道的掘进速率和安全。
6 结论
(1)9104运输巷由于断面大,采取短掘短支的掘进支护工艺,分层进行掘进支护。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。
表4 9104运输巷围岩变形量 单位:m
(2)巷道掘进后,采用锚网索支护和注浆加固提高巷道的承载能力,分别设计了锚网索支护和注浆参数。采用“十字布点”监测支护后巷道围岩变形量验证支护效果,根据监测结果可知,支护后9104运输巷围岩平均最大变形量为0.02m,由此可知,支护取得了良好效果,提高了巷道的稳定性。