差异化设计在井巷工程中的应用

米川

摘    要：井巷断面和支护设计是井巷工程施工的关键，合理确定支护形式和选择支护参数不仅关系到巷道的使用安全，还影响巷道的施工成本。以辽源矿业金宝屯煤矿为例，对差异化支护设计在巷道施工中的应用及效益进行了研究。根据金宝屯煤矿上分煤层南翼运输大巷服务用途及泥岩顶板的具体特征，在巷道断面差异化和支护参数差异化设计方面进行研究。结果表明，差异化设计实践应用效果理想，在保证安全的前提下有效地降低了支护成本，具有良好的应用价值。

关键词：差异化设计;井巷工程;支护设计;经济效益

1  引言

差异化设计在市场经济下的各个行业都有广泛应用，但在井巷工程中，虽然国内学者对巷道差异化设计多有研究，但差异化设计尚未成为一项专业和系统的课题。本文根据金宝屯煤矿上分煤层南翼运输大巷服务用途和泥岩顶板的具体特征，在巷道断面差异化和支护参数差异化设计方面进行研究和实践，论证了差异化设计在井巷工程的广泛应用。

2  概述

金宝屯煤矿矿井地层产状比较平缓，以平缓的背向斜构造为主，局部有较大的波状起伏。煤层基本形态以原始沉积形态为主，后期断层较少，断距大部分50m以下，断层对煤层影响较小。煤层赋存深度-520m～770m之间，区内仅有一个复煤层，平均厚9.71m。这一复煤层分上、中、下三个分煤层，只有上分煤层是可采煤层，大部分地区可采，煤层厚度0.35m～5.78m，平均厚3.10m。巷道采用综合机械化掘进方式，使用EB2160型掘进机破、装煤（岩），经D80/40/2×75型胶带输送机转运至南翼上分煤层运输大巷主皮带进入南翼上分煤层煤仓。

3  差异化设计

以金宝屯矿上分南翼煤层运输大巷、南翼106切眼和南翼101切眼为例，分别说明巷道断面和支护参数差异化设计。

3.1  原巷道断面及支护参数

3.1.1  断面情况

巷道断面、南翼上分煤层运输大巷沿煤层施工，断面形状为三心拱形，净宽4.0m，净高3.4m（其中，墙高2.3m，拱高1.1m），采用锚网喷支护，喷混凝土厚度100m。

3.1.2  支护参数

南翼106区切眼断面为矩形，规格尺寸（净宽×净高）为5.5m×2.5m，S净=13.75m2，S荒=14.82m2。巷道顶板支护采用锚网索、BHW2303.0W型钢带、锚索梁联合支护。锚杆选型和间排距通过悬吊理论公式计算得到。锚杆选用全螺纹右旋金属锚杆，锚杆直径20mm，长度2000mm，配1卷CK2350型树脂锚固剂，锚杆间排距为800mm×900mm。每2.7m配用1条W型钢带，钢带规格为3500mm×230mm×3mm;每2.7m施工1组锚索梁，锚索梁由11#工字钢加工而成，长度3m;每组锚索梁配用2条锚索，锚索为Φ15.24mm×600mm低松弛预应力旋钢绞线，锚索间距2400mm，排距2.7m;锚网采用8#冷拔钢丝编织的经纬网，锚网搭接100mm。巷道两帮采用锚网支护，锚杆选用全螺纹右旋金属锚杆，锚杆直径Φ20mm，长度2000mm，配1卷CK2350型树脂锚固剂，锚杆间排距为800mm×900mm，锚网采用8#冷拔钢丝编织的经纬网，锚网搭接100mm。

3.2  差异化设计

3.2.1  巷道断面

南翼上分煤层运输大巷全长约1650m，服务于整个南翼上分煤层，担负进风，行人、煤炭和辅助运输等任务，设计服务年限为20.2a。根据矿井生产接续，将前进式开采改为前进与后退相结合的开采方式，缩短运输大巷末端的服务年限。经过设计调整，靠近井田边界的200m大巷为南翼201区工作面、南翼203工作面的顺槽及切眼掘进服务，不担负工作面设备运输和生产期间的煤炭运输任务，服务年限仅为4a。根據其用途和服务年限，对巷道断面及支护进行差异化设计，缩小巷道断面，改变支护形式和支护参数，以减少资金投入。南翼上分煤层运输大巷末端200m差异化设计后，断面形状仍为三心拱形，净宽3.4m，净高3m（其中，墙高2m，拱高1m），采用锚网索+W型钢带联合支护。

3.2.2  支护参数

金宝屯矿上分煤层回采巷道原有的支护形式充分考虑了泥岩顶板的不稳定性，支护强度满足使用条件，但在选用锚杆计算中，只是单纯依靠悬吊理论公式计算，忽略了回采过程中巷道两帮煤层力学性质与顶板泥岩力学性质不同，巷道顶板矿山压力显现明显大于巷道两帮的实际情况。将悬吊理论计算公式得出的顶板锚杆直径与间排距直径笼统地用于两帮锚杆规格选取，这种做法虽然能够满足巷道支护强度，但也造成了不必要的浪费。

根据对巷道原有支护形式的实地观测分析，按照回采巷道的位置进行差异化设计，巷道顶板支护不变。巷道两帮因其稳定性比顶板略高，改用Φ16mm×1600mm的锚杆，网片之间采用对接方式;在靠近切眼服务年限较短的100m范围内，靠工作面侧采用Φ16 mm×1600 mm的玻璃钢锚杆，挂塑料网片。

进行差异化设计之后，南翼101切眼断面形状为矩形，规格尺寸（净宽×净高）为5.5m×2.5m，S净=13.75m2，S荒=14.82m2。

巷道顶板支护采用锚网索、BHW230-3.0W型钢带、锚索梁联合支护。锚杆选用全螺纹右旋金属锚杆，锚杆直径20mm，长度2000mm，配1卷CK2350型树脂锚固剂，锚杆间排距为800mm×900mm，顶板锚杆预紧力不小于80kN。每2.7m配用1条W型钢带，钢带规格为3500mm×230mm×3mm;每2.7m施工1组锚索梁，锚索梁由11#工字钢加工而成，长度3m;每组锚索梁配用2条锚索，锚索为Φ15.24mm×6000mm的低松弛预应力左旋钢绞线，锚索间距2400mm，排距2.7m。锚网采用8#冷拔钢丝编织的经纬网，锚网搭接100mm。

巷道老空侧（顺槽为煤柱侧）一幫采用锚网支护，锚杆选用全螺纹右旋金属锚杆，锚杆直径16mm，长度1600mm，配1卷CK2350型树脂锚固剂，锚杆间排距为1000mm×900mm，锚网采用塑料锚网，锚网对接。巷道老空侧一帮采用锚网支护，锚杆选用玻璃钢锚杆，锚杆直径16mm、长度1600mm，配1卷CK2350型树脂锚固剂，锚杆间排距为1000mm×900mm，锚网采用塑料锚网，锚网对接。帮杆预紧力不小于49kN。

4  应用效果分析

对南翼101工作面实施差异化设计支护之后，通过回采期间矿压观测，证明差异化支护在工作面回采过程中能够保证工作面的生产安全。此外，差异化设计给矿井带来了良好的经济效益。

4.1  矿压观测

南翼101区工作面回采期间进行了矿压观测，在回风顺槽中共设置了5个断面位移测站，分别布置在距离工作面10m、20m、30m、40m、50m的位置。巷道围岩顶底、两帮的总移近量分别为13.80mm、7.40mm，巷道围岩变形较小，说明设计方案有效合理，能保障巷道围岩的稳定性。

4.2  经济效益

上分层煤层原招标价格为8790元/m，进行差异化支护后，招标价格为4930元/m。进行差异化支护，不仅减少了施工工序，提高了施工效率，还为矿井节省了施工费用200m×3860元/m=77.2万元。南翼106区切眼招标价格为8000元/m，南翼101区切眼进行差异化支护后招标价格为5180元/m，101区切眼巷道长度200m，为矿井节省工程款200m×2820元/m=56.4万元。

5  结束语

以上仅是对某煤业差异化设计在井巷工程中的应用进行的简要总结。差异化设计在矿井的各个环节包括井上井下都有着较大的应用前景。充分考虑巷道的用途、服务年限、使用性质，按照巷道具体功用确定科学、合理的断面规格、支护形式，合理地调整支护参数，对巷道分类别、分区段地进行差异化支护，可以在保证支护安全的情况下大大降低支护成本投入，为矿井生产带来良好的经济效益，在多数矿井具有推广价值。

参考文献：

[1] 付明明，陈善昌，张英华，等.大断面交岔点综合机械化快速掘支成巷技术[J].煤炭科学技术，2016.

[2] 张茂宇.厚层泥岩顶板煤巷桁架锚索支护技术的应用[J].中州煤炭，2016.