大断面巷道在构造区域快掘工艺实践

焦钟浩

(山西长平煤业有限责任公司，山西 晋城 048400)

1 概况

长平矿53031 巷设计为5303 综放工作面的皮带巷，巷道设计长度1904 m，断面规格为毛宽×毛高=5.6 m×4.3 m，掘进断面积为24.08 m2。巷道沿3#煤层顶板掘进，锚网索联合支护，一次成巷工艺施工。

根据本区域地测预报，巷道在掘进至341 m 处将揭露一组断层带，分别为SF312 正断层、SF314正断层、SF315 正断层。受断层影响，工作面将成全断面矸。根据超前钻探资料显示，巷道如果按-10°施工，构造影响区域约110 m。为确保安全快速通过构造影响区域，需采取行之有效的技术及管理措施。

2 过构造方案的制定

以往过构造施工，多采用放炮掘进，受制于放炮作业复杂的工艺流程，现场管控难度大，掘进效率低。本次过构造施工，采用综合机械化作业线施工，受断层影响最大的为SF312 正断层。为尽量减少割矸工程量，快速过渡至正常层位，现场采用在工作面成为全矸后在顶板稳定处采用全锚索支护及时封迎头，再退机扫底随坡，扫底长度需保证机组扫底至巷道迎头后，高度达到7.0 m，实际巷道与煤层的层间距只有7 m，减少过渡段岩巷工程量。

3 主要技术措施

3.1 机掘施工技术措施

巷道过构造期间，采用综合机械化作业线施工，采用如下方法提高机掘施工效率：

（1）将机组截齿由原先施工煤巷的普通截齿全部更换为高强度合金钢截齿，提高机组破岩能力。每施工一个循环，对截齿进行全面检查，对损坏的截齿及时更换。

（2）加强机组液压系统检修，完善冷却水系统。根据HM68#液压油的工况参数，确定机组油温不超过80℃，一方面每天早班检查机组油位，及时注油，保证油位不低于油箱的2/3；另一方面，给机组另加一趟冷却水系统，由机组引出的冷却水导入皮带承载部上的移动水箱，再经水泵及时排出。每次割矸时，两趟冷却水系统同时打开为机组降温。

（3）使用液压锚杆（锚索）钻车支护，支护时间短，效率高，可以最大程度保证割矸时间。过构造期间生产班每班按照2 个循环、每天4 个循环进行生产组织，早班检修班进行系统检修。

3.2 过渡段施工技术措施

（1）由于本区域煤体疏松破碎，无法直接留顶煤掘进，因此在揭露断层后，选择顶板稳定处进行封迎头支护。封迎头采用Φ22×6.3 m 锚索进行全锚索支护，设计预紧力不小于350 kN，封迎头后开始退机卧底施工。根据钻孔资料，结合机组爬坡性能，按-10°坡下山找煤，退机卧底长度需保证机组卧底至原迎头位置后，巷道高度不小于7 m。根据三角函数计算，卧底坡度段不小于17 m。

（2）卧底后由于巷道高度增加（最高处达到7.0 m），紧靠原有的支护无法保证巷道安全使用，因此采取补打帮锚索，提高围岩强度的措施控制两帮变形。帮锚索应在卧底前进行施工，规格为Φ22×5.3 m，设计预紧力不小于250 kN，按照每排每帮2 根，上下“之”字形布置的方式，距顶板分别为0.8 m 和1.5 m，间距2.0 m。为验证巷道实际使用效果，按照“十字布点法”在巷道内设置巷道变形观测点。通过连续1个月的观测，巷道卧底后，采用帮锚索补强的巷道，顶底板位移为20 mm，两帮位移为15 mm，较以往同规格的巷道变形量大大降低，满足了巷道的正常使用。

3.3 构造区支护设计优化

巷道顶板为细粒砂岩，平均厚度为9.80 m，平均抗压强度为81.47 MPa。为减少构造区域支护影响，保证有效生产时间，现场施工中充分利用围岩的自承作用，在顶板稳定时，将施工排距由1.0 m增加至1.2 m，单日进尺最高实现4.8 m，施工效率大幅提高。同时为保证顶板安全，在进出构造区域前后各5 m 使用槽钢加锚索联合支护，增强顶板整体性，其他区域采用原有的锚网索支护，改变以往过构造即架棚的工艺模式，现场证明支护强度满足施工安全要求。顶板支护图如图1 所示。

3.4 揭煤施工技术措施

（1）本区域采用底抽巷穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯的瓦斯治理技术，在巷道掘进前，本区域有效抽采时间超过6 个月，在施工期间，现场实测构造与煤体结合部的瓦斯含量已降至8 m³/t 以下，有效保证了揭煤作业的安全。

（2）在揭煤作业时，通过精准探测，控制巷道揭煤位置，在巷道掘进至距煤层法线距离剩余2 m时开始施工揭煤平台。平台宽5.6 m（巷道的宽度），长5.0 m，沿巷道掘进方向施工。平台施工完成后，在揭煤平台上垂直底板施工2.0 m 深的炮眼，全断面共设计54 个炮眼，总装药量54.8 kg，采用远距离爆破一次性揭煤。

（3）揭露煤层后，及时按煤层倾角修正巷道坡度。此阶段，根据需要，可退机再进行扫底，按照半煤岩掘进，逐步过渡至正常顶板。

图1 顶板支护图

4 施工经验

（1）巷道掘进面对复杂地质构造，仅用45 d就顺利通过构造区域，日最高进尺达到4.8 m，较以往过构造施工效率提高50%以上。机掘方式在安全性方面较炮掘操作方便，发生事故的概率小。

（2）构造区域因地制宜选用合理的支护方式，是提高进尺的关键因素。应根据构造区域顶板的稳定程度，优化支护设计，在顶板稳定区域充分利用围岩自承作用，降低巷道支护成本，提高生产效率。

（3）要顺利通过构造区域，必须有可靠的地质资料作为方案设计的依据，因此过构造前，应加强钻探，充分掌握构造的产状、性质、影响范围、瓦斯含量等数据，严格按照巷道腰线施工，确保以最短的岩巷距离通过构造区域。

（4）本次施工，存在的不足之处为机组事故率较高，单月仅机组方面的事故影响共计40 h。分析原因，一方面是机组检修人员日常维护不到位，对岩巷施工期间日常检修项目缺少认识，尤其是液压系统的维护有待提高；另一方面是机组的配套问题，EBZ160 机组虽然较以往的EBZ150 机组截割效率有所提高，但是仅就构造区域而言还难以满足施工需求，面对构造异常复杂的地质条件，有必要使用更大功率的机组，以充分发挥综合机械化作业线的优势。

5 结论

通过在长平矿53031 巷大断面巷道过断层带期间改革施工工艺、优化构造带支护设计、加强现场机电设备管理等措施，将构造区域最高单日进尺由2 m/d 提高至4.8 m/d，仅用时40 d 便通过了长达110 m 的构造带，且未发生安全事故，在安全性、经济性上都取得了显著的成效。