一种提高巷道维护形变周期的维护工艺在王坡煤矿中的应用

2023-03-11马超智田红卫

科技创新与应用 2023年6期

马超智，田红卫

（山西天地王坡煤业有限公司，山西晋城 048021）

受采区范围内采掘过程的影响，巷道周围岩体发生形变，巷道喷浆段易出现大块浆皮脱落的现象，使井下生产存在安全隐患。集中主运巷，集中辅运巷，南、北翼集中回风巷作为天地王坡煤矿的4条主要大巷，其稳定性、安全性对于煤矿正常运转至关重要。由于王坡煤矿采区分布存在特殊性，采区范围内受采掘动压影响而产生不同程度的矿压，导致巷道周围岩体变形、底板鼓起、顶板受压变形，喷浆巷道易出现大块浆皮脱落现象，使井下的安全生产存在安全隐患。针对这一技术难题，以王坡煤矿集中辅运巷（8#轨胶联巷至3215运顺绕道段）为例，结合现场地质条件，分析大块浆皮脱落原因，制定合理可行的维护方案。

1 工程概况

1.1 现场勘查

1.1.1 出现大块浆皮脱落的位置

通过对现场实际的勘查发现，从集中辅运巷3207运顺到3217运顺，均存在不同程度的浆皮脱落现象。如图1、图2所示。

图1 集中辅运巷3209段

图2 集中辅运巷3211段

1.1.2 范围

南北长度约为4.5 m，东西长度约为800 m，高度约为2.8 m。

1.2 出现大块脱落的原因

主要受采掘动压影响，浆皮脱落严重的巷段一侧均有采掘作业点，采区回采后，遇二次来压造成辅运巷顶板喷浆段出现裂缝，浆皮与顶板分离、脱落。

巷道维护工艺为锚网支护+U型钢棚+喷浆，喷浆过程中如要将U型钢棚喷平，至少需要喷射200 mm，中间的空隙直接由喷浆料填充，浪费大量的原材料，这种施工工艺在遇到二次来压时，就会出现大块浆皮脱落的现象。

2 集中辅运巷维护的基本安全要求

2.1 电缆及风水管路的防护标准

2.1.1 电缆的防护标准

将废旧风筒布裁切为15~20 cm宽的布条，用风筒布条缠绕在电缆上，将其完全包裹（在每处节点使用16#铁丝捆绑固定），避免后期维护作业使将电缆外皮摩擦破损。施工过程中严禁生拉硬拽。

2.1.2 风水管路的防护标准

施工维护段风水管路进行防护时，维护段吊挂锚杆间距为4~6 m，最大距离不超过6 m，吊挂采用规格为MSGLW-500 22/2400的锚杆，采用Φ18×64 mm型圆环链条配合专用马蹄和高强度螺栓进行拴固。管路上部整齐铺设废旧皮带，施工维护作业过程中严禁落煤（矸）到风水管路上。

2.2 施工维护作业平台的搭设

作业三脚架采用Φ76无缝钢管焊制而成，主体由两个三脚架平台搭设而成，高度2 m，长度1.5 m，底宽0.6 m。顶部铺设木板，用8#铁丝捆绑木板。作业平台搭设时腿要垂直有力，不得有晃动，保证牢固可靠。

平台搭设完成后，在作业平台上铺设拼接3~4块长×宽×厚=4 000 mm×400 mm×70 mm的木板，木板两头与平台架之间采用8#铁丝连接紧固，平台四周使用金属网，将平台围绕，形成保护网。（人员上下平台使用专用楼梯，严禁踩着巷帮锚杆锚索攀登上下平台。）

2.3 维护安全要求

1）维护作业时要严格按施工顺序执行。

2）挑顶扩帮维护段与正常巷高段衔接处不能出现网兜、伞檐等。

3）挑顶作业过程中，原有顶钢带、锚网可以作为下方设备、缆线和管路等的防护层，待破煤（矸）够一排，将浮煤（矸）清理干净，满足永久支护时，再对报废顶钢带、锚网进行拆除。严禁在巷道顶板未泄压，在巷道永久支护下对顶钢带进行拆除[1]。另在切除锚杆、锚索过程中，要做好防护措施，避免切除过程中断锚杆、锚索出现飞溅现象，误伤自己和他人。

4）挑顶作业一个循环后要及时对堆积的浮煤（矸）进行清理，严禁影响巷道通风、车辆运行。施工作业平台上的煤（矸）严禁过量堆积。

2.4 超前支护

集中辅运巷挑顶维护作业期间，原有U型钢棚补强支护作为维护期间的超前支护。维护作业期间，U型钢棚超前支护距维护作业迎头不得超过2 m。

2.5 U型钢棚拆除

1）拆除前，将棚梁用3T吊链或双股8#铁丝拴绑在金属网上，棚梁不得少于2道，棚腿不得少于1道（棚腿已固定锚杆除外）。

2）拆除前，对棚梁顶部板梁逐架进行拆除。

3）拆除前，使用风动扳手拧开卡兰螺丝。

4）拆除时，要有一人负责观山支护，先对棚梁卡缆、拉杆进行拆除。

5）取下棚梁过程中，人员要配合协作。

6）拆除作业过程中，严禁任何非工作人员通过。

7）拆除后的U型钢棚集中码放，严禁现场乱丢、乱放。

2.6 U型钢棚架设

1）架棚前，人员要站在安全地点，用长柄工具进行敲帮问顶，听到“清脆声”或手指有振动感方可工作。

2）将棚腿放入柱窝内，用双股8#铁丝把棚腿拴在帮网上，对准上梁位置，一人把腿扶好，拉杆安装到位。

3）上棚梁时，要有一人负责观山指挥，上梁人员要配合协作，找准棚梁位置，将棚梁放入梁腿接口处，并用双股8#铁丝把棚梁拴在顶网上，不得少于3道。检查中线，合格后将两棚腿和梁头背紧背牢。

4）上梁时，加强对风筒、电缆线的防护，架棚工程完工后要及时对风筒、缆线进行标准化整改达标。

5）在施工中必须搭工作台时，工作台的腿要落在实底上，并且垂直于底板，台面与腿的搭接要稳固可靠，平台下人员必须站立在安全位置进行作业，如需靠近作业平台作业，必须在告知平台上作业人员后，方可靠近。工作台上作业人员必须系好安全保护绳。

6）对不合格的棚子要进行处理、修复，做到帮顶紧实，拉杆齐全。

7）最后使用规格为MSGLW-500 22/2400的锚杆固定棚腿。

3 处理方案的制定

经研究决定，制定了新的维护工艺。首先在保证巷道的支护强度，锚网支护完成后，对裸露巷道进行初喷，初喷厚度为100 mm；随后开始架棚，架棚完成后在钢棚内侧覆盖一层金属网，将顶帮背实，在U型钢棚之间使用半圆木填充铺平（平面朝外），覆盖一层钢筋网的方式作假帮、假顶，此处的施工作业为本次施工的重点，假帮假顶的设置；复喷平均厚度为50 mm，将U型钢棚和钢筋网完全覆盖即可，喷射混凝土标号为C20。

3.1 施工顺序

第一步：超前支护。第二步：由东往西以5 m为一个循环对U型钢棚段进行破除浆皮，并进行挑顶刷帮作业。第三步：永久支护。第四步：维护段进行初次喷浆作业。第五步：维护段架设U型钢棚，将U型钢棚顶帮背实，同时在钢棚外侧覆盖一层金属网。第六步：在U型钢棚间做假帮假顶。第七步：复喷。第八步：清理现场施工卫生，动态达标。

3.2 施工工艺

集中辅运巷挑顶刷帮作业采用风镐破煤（矸）、人工攉煤（矸）转运无轨胶轮车的施工方法。采用单体锚杆钻机、帮锚杆钻机进行永久支护，架设36U型钢棚进行补强支护。采用PS7I-J转子式混凝土喷射机进行喷浆作业。

3.2.1 作业方式

采用掘支单行，风镐破一排支护一排的作业方式。破煤（矸）作业沿岩层稳定顶板往下逐排破除，每次破煤（矸）1m，支护1 m。永久支护后，最小空顶距不大于0.4 m，最大空顶距不大于1.4 m。顶板破碎时，应缩小空顶距，及时打设单体锚杆对空顶区域进行控制。

3.2.2 工艺流程

1）挑顶刷帮维护作业：交接班→瓦斯检查、安全检查→安设工作台→敲帮问顶→拆除U型钢棚→风镐破煤（矸）→敲帮问顶→永久支护→清煤（矸）→文明生产→自检验收[2]。

2）初喷作业：交接班→瓦斯检查、安全检查→敲帮问顶→喷浆防护、准备→喷浆作业→清理底料→文明生产→自检验收。

3）架棚作业：交接班→瓦斯检查、安全检查→安设工作台→架设U型钢棚→文明生产→自检验收。

4）假帮假顶作业：交接班→瓦斯检查、安全检查→安设工作台→架设假帮假顶→文明生产→自检验收。

5）复喷作业：交接班→瓦斯检查、安全检查→喷浆准备→喷浆作业→清理底料→文明生产→自检验收。

3.3 临时、永久支护

巷道扩帮、挑顶维护后，进行支护作业（按巷道维护安全技术措施进行施工作业），支护完成后对巷道进行初喷作业。

3.4 初喷

1）喷浆时必须拉线作业，以保证喷浆面平整度。

2）尽早封闭裸露煤体（围岩），限制煤体（围岩）变形，提高煤体（围岩）自身承载能力。

3）喷射材料包括以下几种。①水泥：选用普通硅酸盐水泥，水泥标号为42.5#（过期、受潮结块或混合的水泥均不得使用。）②砂子：采用坚硬耐久的中砂或粗砂，细度模数应大于2.5，含水率控制在5%~7%，含泥量不得大于3%。③石子：采用坚硬耐久的卵石或碎石，粒径不应大于15 mm。④水：混合水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质。⑤速凝剂：正常情况下，为水泥重量的2.5%~4.0%。⑥配合比：由于喷射混凝土施工工艺的特点，喷射混凝土标号为C20，既要满足支护结构对喷射混凝土的物理力学性能方面的要求，又要考虑喷射混凝土工艺方面的要求，使喷射混凝土收缩变形值保持最小，喷射作业时的回弹率最低[3]。

4）永久支护完成后对裸露巷道进行初喷，初喷厚度为100 mm。

5）喷浆后，要及时关机，并关闭风水管路阀门，把喷头嘴朝墙壁靠帮放置，以防人员误动作伤人，并及时使喷浆机电源开关达到零位，闭锁开关。

6）每班喷浆后，必须及时对底料及回弹料进行回收、清理和再利用，避免喷浆材料的浪费。

7）喷浆后，要对电缆、风水管路、喷浆机和喷头等重新擦拭干净和吊挂，并用水清洗有关喷浆设备，避免管路内残留的喷浆料堵塞管路，影响下次使用。

3.5 架设U型钢棚

1）U型钢棚架设范围：对8#轨胶联巷以西约25 m范围内24架变形钢棚进行更换（型号为36U）。

2）U型钢棚规格型号：36U。规格：宽×高=4 500 mm×3 800 mm。

3）拱梁与棚腿搭接长度500 mm，搭接部分使用3副双槽形夹板式36U型专用钢卡缆连接，卡缆螺母预紧力矩严格按U型钢棚说明书执行。

4）U型钢棚排距900 mm。钢棚采用拉杆进行连接，支架柱窝必须挖到实底，柱窝深度不得小于400 mm；给柱穿鞋，柱窝与棚腿之间空隙采用水泥砂浆充填。

5）U型钢棚架间装设5道拉杆，分别为：顶部中线位置1条，两拱肩位置2条，棚腿距底板1 000 mm处各1条。棚腿采用打设锚杆（型号为：MSGLW-500 22/2400）穿过预留锚杆孔进行固定。

6）必须对U型钢棚进行除锈和刷漆防腐处理。在U型钢棚顶部铺设一层金属网，采用10#铁丝对U型钢与金属网进行不少于8道的绑扎。对U型钢棚空顶部分使用背板进行充填和背帮背顶，背紧背实，排列位置和数量要均匀布置，确保U型钢棚整体受力均匀。用1.2 m长的木板梁与木楔搭设井字形木垛进行接顶，每2架棚梁间木垛不得少于3个[4]。

（7）U型钢棚架设要求包括以下几点。①中线误差：-20~+20 mm；②支架梁水平（限值）小于等于40 mm；支架梁扭矩（限值）小于等于50 mm；支架间距误差为-50~+50 mm；棚腿倾斜度误差小于等于1°；③迎山角标准：水平巷道前倾后仰架棚角度误差为±1°；当巷道倾角为5～10°时，迎山角为1～2°；当巷道倾角为10～15°时，迎山角为2～3°。

8）棚梁水平度、扭矩均不得大于50 mm。

9）水平巷道支架的前倾、后仰偏差为±1°（1 m垂线不大于17 mm），倾斜巷道5～10°坡度支架的迎山角偏差为1～2°，不得退山。