鄭文賢

（西山煤電集團(tuán)公司官地煤礦，太原 030022）

頂板破碎大斷面半煤巖巷快速施工技術(shù)研究

鄭文賢

（西山煤電集團(tuán)公司官地煤礦，太原 030022）

隨著礦井開(kāi)采深度的增加，礦山壓力不斷增大，尤其是地質(zhì)情況復(fù)雜（如斷層、破碎帶、走向坡度大、傾角大、節(jié)理發(fā)育等），給掘進(jìn)工作帶來(lái)了很多困難，嚴(yán)重制約著官地礦掘進(jìn)施工速度。以官地煤礦北四新區(qū)33413工作面正巷皮帶頭頂板破碎大斷面半煤巖巷施工為實(shí)例，通過(guò)優(yōu)化施工工藝和巷道支護(hù)方式，有效控制了頂板，提高了掘進(jìn)施工速度和作業(yè)安全系數(shù)，為類(lèi)似地質(zhì)條件下巷道快速掘進(jìn)施工提供了依據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

工作面概況；優(yōu)化工藝；參數(shù)；效益分析

官地煤礦屬于高瓦斯礦井，采用綜掘機(jī)掘進(jìn)，掘進(jìn)速度逐年提高，促進(jìn)了掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。但是，隨著礦井開(kāi)采深度的增加，礦山壓力不斷增大，尤其是地質(zhì)情況復(fù)雜（如斷層、破碎帶、走向坡度大、傾角大、節(jié)理發(fā)育等），給掘進(jìn)工作帶來(lái)了很大困難，如巷道的壓力增大，片幫、冒頂現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重制約著我礦掘進(jìn)施工速度。

官地礦3號(hào)煤層位于山西組中下部，上距2號(hào)煤2.29～23.8 m，平均7.61 m，北部間距小于南部，煤厚0.23～6.38 m，平均2.82 m。厚煤帶位于井田中部及東北部，南部有3小片尖滅區(qū)，含夾石0-3層，厚0.05～0.65 m，巖性為泥巖或炭質(zhì)泥巖，頂板以砂質(zhì)泥巖和細(xì)砂巖為主，有時(shí)具炭質(zhì)泥巖偽頂，底板多為砂質(zhì)泥巖或泥巖。據(jù)鉆孔及井下生產(chǎn)揭露，2號(hào)煤與3號(hào)煤間距越大，3號(hào)煤愈薄，間距越小，3號(hào)煤愈厚。煤層變異系數(shù)44%，可采系數(shù)82%，屬全井田大部可采的較穩(wěn)定煤層。

官地礦掘進(jìn)的單進(jìn)水平受地質(zhì)構(gòu)造的影響效率較低，北四新區(qū)3號(hào)煤33413工作面正巷設(shè)計(jì)為機(jī)軌合一巷道，皮帶頭40 m內(nèi)凈寬5.0 m，凈高3.5 m，由于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷面大，巷道開(kāi)口必須先向2號(hào)煤穿層再向3號(hào)煤穿層施工，采用錨棚聯(lián)合支護(hù)，施工工作量大。當(dāng)施工至2號(hào)煤層向3號(hào)煤層穿層時(shí)，由于2號(hào)煤松軟托不住，頂板破碎，造成工作面漏頂，勾頂較高，又大大增加了工人的勞動(dòng)力和安全隱患，嚴(yán)重影響掘進(jìn)速度。為了提高掘進(jìn)施工速度，減少施工工作量，提高作業(yè)安全系數(shù)，通過(guò)對(duì)頂板破碎大斷面半煤巖巷施工工藝及巷道支護(hù)研究，采取縮小循環(huán)進(jìn)度，提前往頂板上斜打錨桿、錨索，待掘進(jìn)機(jī)割完半個(gè)循環(huán)及時(shí)加打吊梁，割完整個(gè)循環(huán)后再加套棚子，有效控制了頂板，提高了工作面的掘進(jìn)速度和工作效率。

1 33413工作面概況

1.1 地質(zhì)特征

官地礦北四新區(qū)33413工作面地面位于石盒子溝與太古公路之間的山梁上，蓋山厚度295～420 m，平均厚度358 m。地面標(biāo)高1 357～1 520 m。井下位于北四采區(qū)東南部，工作面西南部為33411工作面（正采），西北部為未采區(qū)，切眼前方105 m為正前大巷，工作面上部為22427、22429工作面采空區(qū)。2號(hào)-3號(hào)煤層間距約4.79 m。工作面標(biāo)高1 065～1 110 m。煤層平均厚度3.43 m，煤層傾角2°～11°，該煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可采。根據(jù)官84-9號(hào)鉆孔柱狀礦壓觀測(cè)資料分析，3號(hào)煤偽頂為泥巖，平均厚度0.60 m，直接頂為粉砂巖，平均厚度1.00 m，老頂為細(xì)粒砂巖，平均厚度3.19 m，2號(hào)-3號(hào)煤層間距約4.79 m，2號(hào)煤層平均厚度3.34 m，2號(hào)煤直接頂為粉砂巖，厚4.06 m，均屬較穩(wěn)定巖層。

1.2 巷道概況

官地礦北四新區(qū)33413工作面所掘巷道均屬北四采區(qū)3號(hào)煤層，屬1051水平。正巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為900 m，煤層平均厚度為3.43 m，采用矩形斷面，為機(jī)軌合一巷道，皮帶頭40 m內(nèi)凈寬5 m，凈高3.5 m，凈斷面17.5 m2，沿+3°腰線施工，先向2號(hào)煤穿層施工，再向3號(hào)煤穿層施工，見(jiàn)3號(hào)煤層后跟直接頂掘進(jìn)。

2 優(yōu)化施工工藝

過(guò)地質(zhì)構(gòu)造如斷層、陷落柱、穿層等施工時(shí)，通常采用鉆爆法落煤渣，工序繁多，且破壞頂板圍巖嚴(yán)重，機(jī)械化程度低，作業(yè)安全系數(shù)低，掘進(jìn)施工速度緩慢。針對(duì)炮掘存在的諸多問(wèn)題，2號(hào)煤軟托不住造成工作面漏頂、勾頂高度高的問(wèn)題，為了進(jìn)一步提高掘進(jìn)施工速度，減少施工工作量，提高作業(yè)安全系數(shù)，通過(guò)認(rèn)真摸索和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行施工工藝優(yōu)化：

a.引進(jìn)三一重型裝備有限公司研制的適用于煤巷、半煤巖巷和全巖巷道的EBZ-260H懸臂式掘進(jìn)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)機(jī)械化，有效控制了頂板圍巖，提高了掘進(jìn)施工速度。

b.綜掘機(jī)掘進(jìn)采取小進(jìn)度、多循環(huán)及時(shí)對(duì)工作面頂部打上錨桿、錨索臨時(shí)支護(hù)頂板，防止掘進(jìn)工作面煤爆現(xiàn)象發(fā)生，待割完半個(gè)循環(huán)及時(shí)加打吊梁，一梁兩索，再割完下半個(gè)循環(huán)后加套棚子，有效控制了頂板，減少了工作面漏頂現(xiàn)象，減輕了施工工作量，既可降低巷道的支護(hù)成本，又可提高巷道的掘進(jìn)施工速度。

c.加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備（溜子、綜掘機(jī)）的日常維護(hù)與檢修，專(zhuān)職維護(hù)工負(fù)責(zé)處理溜子飄鏈等問(wèn)題，專(zhuān)人負(fù)責(zé)維護(hù)掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，大大縮短了因機(jī)電設(shè)備影響掘進(jìn)的時(shí)間。

3 支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)條件，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和論證對(duì)頂板破碎大斷面半煤巖巷施工進(jìn)行支護(hù)優(yōu)化，選擇合理的支護(hù)方式：

a.施工時(shí)，如果托住煤，架矩形棚子，采用凈口5.0 m工字鋼梁配合3.5 m工字鋼腿支護(hù)頂板，棚距1.0 m，每?jī)杉芘镒由箱伡訌?qiáng)菱形網(wǎng)，中間加打兩根2.4 m長(zhǎng)工字鋼吊梁，一梁兩鎖，錨索采用21.6 mm×6 000 mm，間距2.0 m，“六六”盤(pán)幫勾頂。兩幫根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況掛網(wǎng)打錨桿加強(qiáng)支護(hù)。托住煤時(shí)頂板支護(hù)圖，見(jiàn)圖1。

圖1 托住煤時(shí)頂板支護(hù)圖

b.施工時(shí)，如果托不住煤，采用架對(duì)棚支護(hù)，棚距1.0 m，對(duì)棚距0.2 m，“六六”盤(pán)幫勾頂，鋪加強(qiáng)菱形網(wǎng)施工。托不住煤時(shí)頂板支護(hù)圖，見(jiàn)圖2。

圖2 托不住煤時(shí)頂板支護(hù)圖

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)材料投入情況來(lái)看，木板平均多投入2.1 m3/m，1 420元/m3，每米多套一架工字鋼棚子，11號(hào)礦工字鋼梁（5.3 m）1 124元/根，11號(hào)礦工字鋼腿（3.5 m）786.8元/根，巷道約40 m，共計(jì)可節(jié)約資金23萬(wàn)元。按投入工數(shù)來(lái)算，采用本工藝后，圓班進(jìn)尺3 m，比以前多1.5 m，按官地礦33413工作面正巷皮帶頭1 400元/m，圓班投工50個(gè)，預(yù)計(jì)共多投工650個(gè)，按每工200元算，可節(jié)約16萬(wàn)元，共計(jì)節(jié)約39萬(wàn)元。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)頂板破碎大斷面半煤巖巷施工工藝優(yōu)化，采取小進(jìn)度、多循環(huán)及時(shí)對(duì)工作面頂部打上錨桿、錨索臨時(shí)支護(hù)頂板，防止掘進(jìn)工作面煤爆現(xiàn)象發(fā)生，有效控制了頂板，減輕了施工工作量，降低了巷道的支護(hù)成本，提高巷道的掘進(jìn)施工速度和施工安全系數(shù)，有效地保證了安全生產(chǎn)。此項(xiàng)技術(shù)已應(yīng)用在官地礦北四新區(qū)33413工作面正巷皮帶頭大斷面掘進(jìn)施工，大大提高了掘進(jìn)施工速度。此項(xiàng)技術(shù)可應(yīng)用在當(dāng)前煤礦頂板破碎大斷面半煤巖巷掘進(jìn)施工，適合在煤礦類(lèi)似地質(zhì)條件巷道推廣應(yīng)用。

Rapid Construction Technology in Half-coal-half-rock Roadways with Broken Roof and Large Section

ZHENG Wenxian
(Guandi Mine,Xishan Coal&Electricity Group,Taiyuan 030022,China)

With the mining deepening,the mining pressure increases.The complex geological conditions(e.g.faults,broken areas,deep slope,large dip angle,and joints)bring many problems which seriouslyrestrictthedrivingconstructionspeedinGuandiMine.Takinganexampleofa half-coal-half-rock roadway with broken roof and large section on No.33413 working face of Guandi Mine, the construction techniques and supporting methods were optimized to control the roofs and improve construction speed and safety factor,which could provide a basis for fast driving in the similar geological conditions.

general situation of working face;optimized process;parameters;benefit analysis

TD263.57

A

1672-5050（2015）03-0058-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.03.021

（編輯：劉新光）

2015-03-06

鄭文賢（1976-），男，山西繁峙人，大學(xué)本科，工程師，從事采礦技術(shù)與管理工作。