机头硐室扩刷分析及围岩控制技术

王潞潞

（山西兰花沁裕煤矿有限公司，山西 晋城 048212）

在我国生产矿井机械化开采程度不断加速的当下，开采深度逐渐向深部资源扩进。同时，机电运输设备也在向大型化、自动化的方向开发。而位于开采煤层底部的胶带输送机机头硐室，因巷道两侧的采动频繁，导致硐室所受围岩应力出现不规律的增大现象，必须经过合理的锚(索)网喷支护设计，才能对围岩变形起到有效的抑制作用[1-2]。

1 机头硐室地质工程条件

沁裕煤矿位于晋城市沁水县。目前开采2号煤层，见图1，根据钻探数据显示，煤层底板以砂质泥岩、粉砂岩为主，由植物碎屑腐烂变质形成，天然抗压强度为8.0～10.5MPa，平均为9.0MPa，并且吸水率较高，达到5.16%。因此在资源开采过程中受地下水的侵入，会造成岩石软化的现象，引起“底鼓”现象。

图1 地质柱状图

2号煤层胶带机头硐室在2煤煤仓上部西北方向，开口位置在2 号煤仓上口+710 水平，随着开采深度的推进，将对矿井整合后新开拓巷道——2号煤胶带机头硐室进行扩刷工程的施工[3]。

2 扩刷施工

沁裕煤矿为了满足产能要求及生产的顺利衔接，设计对2 号煤胶带机头硐室进行长度总计66m 的扩刷。施工分三步进行：前22m 初期按方位角332°进行扩刷；之后将坡度调整为-3°，施工11m；最后更改为矩形断面施工33m后进入2煤仓胶带大巷。

2.1 施工工艺

沁裕煤矿2 号煤胶带机头硐室采用EBZ160 型掘进机进行扩刷施工掘进，箕斗排矸，保证巷道规格达到设计要求。采用掘锚分层作业、掘喷平行施工的方案进行。

掘进机截割头由巷道上部进刀，截割速度0.8m/刀，通过在巷道内的弧形摆动截割，对周边预留0.25m 左右的煤（岩）。往复作业直至硐室初步成型后，对周边进行修复。

在对煤层进行截割时，先用掘进机割上部煤，高度2.5m，割出循环进度后，完成顶部锚杆、锚索、帮部上部一根锚杆支护。用掘进机割下部煤，完成帮部锚杆支护。以此方法循环截割[4]。

2.2 施工准备

在进行扩刷工程之前，施工人员和管理人员需对设计图纸和作业规程进行认真的学习审阅，并组织测量人员对各接点做好复测、复查工作。当现场满足“四通一平”的基本条件后，施工单位可根据施工需要，充分利用施工点附近设置的临时配电室及压风机房、材料库房、砂石料场、安装照明、通讯、信号等设施进行施工准备。

2.3 施工流程

在进行扩刷时，需要对巷道两帮进行敲帮问顶和安全检查工作，具体流程如下：工程质量检查→断面轮廓线→割上半部（出煤、备料）→退机→临时支护→打顶锚杆（锚索）→拉线检查→割下半部（刷帮、清底）→检查断面尺寸→打帮锚杆→验收合格→进行下一个循环。

3 硐室矿压监测及支护

3.1 硐室扩刷变形分析

沁裕矿胶带大巷机头硐室在扩刷过程中，巷道断面会出现不规则的变形：巷道两帮收紧，顶板下沉，底板出现鼓起甚至是裂缝。更严重的是局部地段甚至有垮冒的风险。分析认为，造成沁裕矿胶带大巷机头硐室矿压增大的原因主要有以下三点：

（1）硐室扩刷会造成断面面积的增大，巷道围岩应力会快速释放从而造成围岩变形。巷道断面的扩刷会改变固有应力的分布，导致应力系数增加。当应力集中水平持续增高时，会对巷道围岩产生明显破坏。

（2）巷道两帮易受采动影响，造成局部挤压。掘进机在进行截割作业时，巷道压力会向两帮挤压造成变形，导致巷道两帮剧烈收敛，而收敛后的两帮对顶板的承载能力将发生降低，顶板的沉降进一步加速。

（3）巷道支护和维护的难度增大。硐室扩刷将造成巷道支护和维护的困难增大，部分区域只用锚杆、锚网进行支护，而如果锚杆索间排距不标准便会导致锚固承载结构不稳定，继而无法与围岩共同抵抗上部岩体的载荷，造成巷道变形。

3.2 巷道支护

根据对巷道变形规律的分析，2号煤层胶带机头硐室的扩刷工程对锚杆索长度、间排距以及预紧力的要求较高，普通支护方案难以形成有效支护。因此对采用锚网索喷支护，铺地及基础混凝土强度为C30，预留孔二次浇灌混凝土强度为C40。

锚杆施工方面：选用MYT-130钻机两台，锚杆长18m/根、锚索3.2m/根，以小于75°为标准进行施工。从而确保锚杆可以锚固在弹性区的稳定岩体内，阻止裂隙进一步向巷道深部发育。

混凝土施工方面：锚杆钻进及应力集中压迫时，围岩标体会出现不规则的裂隙，为了防止围岩风化或受潮，需要及时对巷道表面进行混凝土喷层处理。喷层可以增加围岩强度，使应力集中区域均匀分布，并结合锚杆支护可以间接地对巷道抗弯曲和变形的能力起到补强作用。初步设计喷射混凝土强度为C30，保证激光指向仪指向正确，无中线不准割煤。

3.3 砼底板施工方法

在对2号煤胶带机头硐室进行铺底施工时，在施工巷道成型后，在巷道施工完成后采用一次性由里到外的方式进行铺底。具体步骤如下：首先，需按照设计坡度进行放线支模，水沟使用槽钢支模，模板在支设过程中保持平稳，避免偏斜、漏浆的情况出现；其次，采用人工进行摊铺砼，路拱成型后用铁锹反扣进行整平，防止混凝土拌合物离析；再次，进行混凝土的搅拌工作，用机械方式分层振捣，在此过程中保持均匀；然后，再用2.2kW 的平板振捣器纵横交错全面振捣，重叠100～200mm，然后用振动梁振动拖平并进行找平；最后，砼浇筑完成后，沿横坡方向拉毛，深度为1～2mm，在砼强度未超过40%以前不可踩踏。

4 安全管理措施

4.1 掘进机启动、停止的相关规定

掘进机的启动：启动机组时，必须由机组司机进行操作，按下启动按钮后，机组发出3～5s 的预警铃声信号，同时机组前后方照明灯亮起。然后根据需求依次启动转载、油泵、截割头进行运转。在此期间，机组司机必须确认机组前后及两侧机组摆动范围内没有人员的情况下方可进行启动。如发现异常情况，必须及时停止启动，闭锁电源。

掘进机的止停：机组的停机闭锁键共3 个，分别位于机组左侧油系电机旁尾部后支撑平台上，机组转载机尾架上，当机组运行过程中，发现异常情况可以立即闭锁就近范围内的闭锁键，停机闭锁后进行处理。

4.2 转载机启动、停止的相关规定

转载机启动前，要观察转载周围是否有人员站位不当，转载胶带机应确保完好，托辊齐全，转载机的胶带和接口无破裂，胶带松紧程度适当，发现问题及时处理。转载机启动后，要先进行空转，确保转载机不存在跑偏、磨带等现象。在转载机操作停止后，将转载开空后按顺序进行停机并闭锁，炮头上好护罩。

4.3 皮带运输机启动、停止的相关规定

皮带运输机启动前：听清信号后，先点动皮带，再开启皮带。司机站位正确，做到眼不离机头、手不离开关。皮带运输机启动后：观察运转情况，注意皮带运行状况，发现跑偏、憋煤等要及时停机处理。发现杂物、铁器以及块径为300mm的矸块时，停机捡出处理。根据煤的湿润情况开机开水(喷雾)，停机必须停水(喷雾)皮带运输机停机：皮带开空后，将开关停电并闭锁。皮带机头、固定架以及上一部设备机尾浮煤、杂物要及时清理干净，达文明生产标准。

4.4 其他工序的安全操作

在硐室扩刷施工交接班时，要严格按照交接班制度进行作业，由班组长负责安全检查工作，保证工作面不留安全隐患。在进行敲帮问顶工作时须安排经验丰富的工作人员进行操作，并对锚杆锚索布置及相关参数进行校验。

5 结束语

针对沁裕矿运输机机头硐室扩刷的施工，根据围岩受压的特征，对巷道围岩顶底板及两帮失稳破坏的原因进行了理论分析。最终提出锚网喷联合支护的技术，辅助以混凝土喷层，通过相应的安全技术措施的提出，为硐室的扩刷全过程提供了安全保障。