大断面全岩巷道快速掘进及锚网喷联合支护实践

刘文玺

（汾西矿业集团曙光煤矿，山西 孝义 032300）

国内井工煤矿大多面临大断面全岩巷道的掘进及支护问题，其掘进难点主要有两方面，一是如何提高掘进速度，实现巷道快速掘进；二是如何对大断面巷道实施有效支护，提高围岩稳定性[1-3]。山西焦煤汾西矿业曙光煤矿东二采区皮带巷上仓为典型的大断面全岩巷道，掘进断面达到47.38 m2，。本文针对曙光煤矿东二采区皮带巷上仓的掘进及支护工作展开研究，对巷道快速掘进工艺进行优化，并制定切实有效的综合支护方案，实现巷道的快速掘进及围岩稳定，保障安全生产。

1 工程概况

工程地点为曙光煤矿东二采区皮带巷上仓。东二采区皮带巷上仓设计总长为86 m（平距），从东二采区一号轨皮联巷开口施工，开口后先施工上仓大断面，沿0°水平布置在2 号煤层，之后沿-5°进入3 号煤层后沿3 号煤层掘进。东二采区皮带巷上仓形状为直墙半圆拱形，具体参数见表1。东二采区皮带巷上仓施工工艺采用综合机械化掘进，使用EBZ-260 型掘进机、SGB-620/40T 刮板输送机、DSP-1063/1000 型带式输送机进行掘进、出煤工作；使用MQT-130/3.2 锚杆钻机及YT-28 气腿式风动凿岩机和ZQS-50/1.8S 气动手持式钻机进行支护，使用PS5I 转子式混凝土喷射机喷浆。

表1 东二采区皮带巷上仓规格参数

2 全岩巷道快速掘进工艺

上仓大断面采用正台阶工作面施工法，分两层施工，先将上分层全部施工完，然后再后退综掘机施工下分层。上分层高度为4.12 m，施工上分层时采用两侧导硐施工法，两侧分别为5 m、4.24 m，顶部按照巷道轮廓图施工成半圆拱形；下分层高度为2 m，后退综掘机后将帮部铲底施工完成。煤（矸）采用EBZ-260 型掘进机装煤（矸）经掘进机自带刮板输送机，配合带式输送机的方式进行运煤（矸）。

东二采区皮带巷上仓带式输送机布置在巷道前进方向的右侧，左侧铺设轨道。带式输送机中心线与轨道中心线位于巷道中心线两侧，距离分别为：皮中距巷中 850 mm，轨道中距巷中800 mm。轨道侧兼做人行道。开口前，按照给定中腰线施工。因采用东二采区皮带上仓变配电硐室内的EBZ-260掘进机进行施工，故需将掘进机从东二采区皮带上仓变配电硐室贯通口移至东二采区皮带巷上仓开口段，需做如下工作：（1）拆除东二采区皮带上仓变配电硐室内的一部SGB-620/40T 刮板输送机，并整齐码放，共计50 m；（2）将综掘机由东二采区皮带上仓变配电硐室移至东二采区皮带巷上仓开口处，并调头，共计50 m。

3 巷道锚网喷联合支护方案设计

临时支护采用在靠近工作面的两排顶锚杆外露螺纹上安装吊环穿前探梁作为临时支护。东二采区皮带巷上仓永久支护采用“锚、网、索、喷”联合支护方案[4-7]。

3.1 联合支护方案设计

锚杆的排距900 mm，锚索的排距900 mm。第一排采用12 根锚杆配合11 根锚索进行支护，巷中打设1 根锚索，两边依次为锚杆、锚索间隔打设，锚杆和锚杆的间距为1600 mm，锚索和锚索的间距为1600 mm，锚杆和锚索的间距为800 mm。第二排采用14 根锚杆配合9 根锚索进行支护，将第一排最下方的锚索换为锚杆即可。两排依次循环。所有支护均垂直巷道轮廓线，帮部锚索及底帮锚杆如因施工困难无法垂直巷道轮廓线打设时，可以倾斜打设，但与巷帮夹角不得小于75°。喷浆厚度为100 mm，混凝土标号为C20。支护方案示意图如图1。

图1 巷道锚网喷联合支护方案设计示意图（mm）

3.2 支护材料及规格

顶、帮锚杆均使用Φ22-M24-2400 的高强度左旋无纵筋螺纹钢（钢号为500#，杆尾螺纹规格为M24），每根锚杆配套300 mm×300 mm×14 mm 的拱型高强度蝶形托盘配调心球垫及减摩垫片一个，以及两卷树脂锚固剂（从上至下依次为MSK2355、MSZ2355）。 锚索采用SKP21.8-1×19/6500 的1×19 股高强度低松弛预应力钢绞线及配套高强度锁具，每根锚索配套使用300 mm×300 mm×14 mm 的拱型高强度蝶形托盘配调心球垫一个，以及三卷树脂锚固剂（从上至下依次为MSK2355、MSK2355、MSZ2355）。钢筋网为2000 mm×1000 mm，网格大小为100 mm×100 mm，采用规格为Φ6 mm 的钢筋加工而成，网与网之间搭接长度为100 mm，每个网格联一道联网丝，三花型布置。

3.3 施工要求

锚杆必须用风炮或力矩扳手拧紧，紧固力符合要求，顶、帮锚杆紧固力不小于300 N·m，锚固力不小于190 kN，对打设不合格的锚杆，在原眼位300 mm 处重新补打；锚索预紧力不小于300 kN，锚固力不小于513 kN。巷道最下部支护距底板不得超过400 mm，否则必须重新铺网、补打锚杆。考虑综掘机机身及桥式转载机的长度，以及辅助运输等的影响，规定巷道初喷滞后工作面不得大于50 m，复喷滞后工作面不大于300 m。如遇地质变化或顶板破碎时，喷浆必须紧跟工作面。喷浆要求表面平整密实，墙基、钢筋网无裸露，在1 m 范围内凸凹不大于50 mm。为确保砼强度，要定时对喷层进行养护，养护时间为3 d，每天至少喷水一次。

4 结语

东二采区皮带巷上仓在掘进期间积极优化掘进工艺，强化管理，快速完成了巷道的掘进工作，保障了矿井的采掘衔接工作。在巷道采用锚网喷联合支护后，实施巷道围岩变形观测，观测结果表明：巷道掘进后围岩变形量有一个快速积累期，历时约40 d，40 d 后巷道围岩变形进入稳定期，此后围岩变形基本稳定。在整个围岩观测期内，测得顶板离层值最大44 mm，顶底板最大移近量145 mm，两帮最大移近量178 mm，巷道围岩变形得到有效控制。同时，巷道使用期间顶板支护可靠有效，未发生巷道失稳现象，实现了巷道快速掘进及有效支护的目的，安全生产得到保障，技术经济效益显著。