祝劉兵

(山西西山煤電股份有限公司西曲礦)

煤礦特殊構(gòu)造巷道施工技術(shù)

祝劉兵

(山西西山煤電股份有限公司西曲礦)

煤礦巷道施工工程作為煤礦開采工作中最為重要的環(huán)節(jié)之一，極大影響著煤礦的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全。針對煤礦特殊構(gòu)造的巷道，從過斷層、陷落柱等特殊地質(zhì)構(gòu)造方面考察煤礦巷道施工技術(shù)要點(diǎn)，列舉工程實(shí)例進(jìn)行施工技術(shù)剖析，為類似結(jié)構(gòu)的煤礦巷道施工提供參考。

煤礦巷道 特殊構(gòu)造 施工技術(shù)

長期以來，在我國煤礦巷道施工過程中，經(jīng)常遇到陷落柱、斷層、頂板破碎區(qū)、含水層、礦壓顯現(xiàn)區(qū)等特殊的地質(zhì)構(gòu)造。以煤礦斷層和陷落柱兩類構(gòu)造為例，對煤礦巷道施工技術(shù)措施進(jìn)行分析。

1 過斷層施工

1.1 工程概況

鳳凰山礦92304工程工作面長1 710 m，煤層傾角為1°～5°，傾斜長260 m，開采的9#煤層埋深約300 m，煤層平均厚1.5 m。在對工作面順槽布置時，考慮沿9#煤層頂板方向進(jìn)行，將石灰?guī)r作為直接頂層，厚1.0 m，砂質(zhì)泥巖作為老頂層，厚7 m。工作面順槽斷面形狀為矩形，進(jìn)風(fēng)順槽尺寸為5.2 m×2.3 m，巷道采用樹脂加長錨固錨桿組合錨索支護(hù)方式，錨桿排距為1.2 m，錨索間距為3.6 m。巷道支護(hù)斷面如圖1所示。

圖1 巷道支護(hù)斷面示意(單位：m)

巷道掘進(jìn)至進(jìn)風(fēng)順槽600 m時，遇到落差為3.5 m、傾角50°、傾向SE70°、走向NE20°的正斷層，該斷裂面在附近的煤層傾角呈變大趨勢，紊亂且厚度變薄，煤矸雜生現(xiàn)象明顯，且頂板及其巷幫均呈現(xiàn)破碎現(xiàn)象。

1.2 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)與施工

1.2.1 方案設(shè)計(jì)

由于92304工作面以3°下山掘進(jìn)作業(yè)，進(jìn)風(fēng)順槽參照標(biāo)準(zhǔn)正常有效，煤層傾角在遇到斷裂面之前突然增大，初步判斷是由于煤層局部變化所致，未進(jìn)行深入考察分析，仍沿頂板繼續(xù)掘進(jìn)巷道，直至發(fā)現(xiàn)煤層出現(xiàn)逐漸尖滅現(xiàn)象才停止掘進(jìn)工作。經(jīng)驗(yàn)證判別其為正斷層之后，及時調(diào)整巷道施工方案，由于工作面已施工至斷層上盤斷裂面處，為了完成與下盤煤層的接軌工作，巷道坡度調(diào)為6°，便于日后安裝皮帶運(yùn)輸[1]。因施工過程中調(diào)坡段需經(jīng)過斷裂面處，該處頂板不夠完整，并且巷幫煤層與巖體接觸極為疏松，易出現(xiàn)掉落，不適合選用常規(guī)掘進(jìn)方式與錨桿支護(hù)方式。為此，本工程后續(xù)巷道施工中采用臺階法二次成巷掘進(jìn)方式與錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)方式，過斷層平剖面如圖2所示。

圖2 過斷層平剖面示意(單位：m)〗

1.2.2 施工技術(shù)

在遇到斷層之前，掘進(jìn)時通常采用AM-50型掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行一次成巷施工，因該斷面層的巷道多為巖巷，爆破掘進(jìn)方式更為適合。對于巷道施工采用掘進(jìn)與支護(hù)單行作業(yè)的方式，每掘進(jìn)1.0 m之后，再進(jìn)行頂板錨桿和掛網(wǎng)施工，完成巷道頂板支護(hù)工作后，自上而下進(jìn)行兩幫的錨桿和掛網(wǎng)施工。而下一循環(huán)施工在全斷面支護(hù)施工完成后進(jìn)行，頂板支護(hù)錨索施工需在每完成掘進(jìn)和支護(hù)2排錨桿之后及時進(jìn)行。

此外，因9#煤層接替巷道頂板的位置，對于斷裂面下盤側(cè)，在受到構(gòu)造應(yīng)力的作用下，疏松、破碎的煤質(zhì)會隨著掘進(jìn)的進(jìn)行不斷冒出，推擠高度可達(dá)6 m。巷道施工時采用臺階法二次成巷掘進(jìn)，首先應(yīng)爆破崩出巷道上部的9#煤層，隨后進(jìn)行錨桿錨索支護(hù)完成臺階上方的煤層頂幫施工作業(yè)，盡可能縮短圍巖的裸露時間，避免發(fā)生冒頂和片幫事故；然后針對巷道下部的巖體臺階進(jìn)行放炮崩落工作，進(jìn)一步完成巷道兩幫的補(bǔ)打錨桿掛網(wǎng)施工任務(wù)。

2 過陷落柱施工

2.1 工程概況

2.1.1 工程特征

山西沁源留神裕煤礦設(shè)計(jì)0.9 Mt/a的生產(chǎn)能力。采區(qū)巷道施工中，在1201采區(qū)運(yùn)輸巷道和軌道巷道中，遇到特殊地質(zhì)構(gòu)造陷落柱，由于該2條巷道長均為850 m，寬3.6 m，高3.3 m的梯型斷面，采用錨網(wǎng)噴支護(hù)方式，φ45 mm×1 800 mm管縫錨桿，錨桿間排距為900 mm×900 mm，并噴射100 mm厚的C18混凝土，用于永久支護(hù)施工。在遇到陷落柱之前，原設(shè)計(jì)方案是采用18#槽鋼架棚作為臨時支護(hù)方式，而永久支護(hù)則采用錨網(wǎng)噴。

2.1.2 陷落柱特征

①夾泥砂，巖體較為破碎，邊緣巖層較為紊亂；②弱含水，圍巖穩(wěn)定性較差，邊緣巖體強(qiáng)度極低；③內(nèi)巖石見風(fēng)見水易風(fēng)化，風(fēng)化后巖體強(qiáng)度極低；④特殊地質(zhì)構(gòu)造的陷落柱深部未暴露部分的巖層，穩(wěn)定性較好；靠近特殊地質(zhì)構(gòu)造的陷落柱圍巖穩(wěn)定性較好，巖體強(qiáng)度較高，核部巖層完整[2]。

2.2 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)與施工

2.2.1 方案設(shè)計(jì)

調(diào)整后的施工方案為：①支護(hù)施工地區(qū)設(shè)置于距特殊地質(zhì)構(gòu)造陷落柱近6 m處；②超前臨時支護(hù)施工采用管縫錨桿應(yīng)用于特殊地質(zhì)構(gòu)造陷落柱的邊緣處；③為了減少圍巖震動現(xiàn)象，選取放小炮配合風(fēng)鎬進(jìn)行掘進(jìn)施工；④選擇短段掘進(jìn)方式加強(qiáng)永久支護(hù)，采取一掘進(jìn)一支護(hù)的施工方式，嚴(yán)格控制每循環(huán)進(jìn)尺；⑤可在出水點(diǎn)處埋設(shè)導(dǎo)水管進(jìn)行導(dǎo)水施工；⑥原設(shè)計(jì)方案施工采用錨網(wǎng)噴支護(hù)技術(shù)，噴射100 mm厚的C18混凝土，改為采取復(fù)噴射50 mm 厚C18混凝土用于永久性支護(hù)施工，并且在接近特殊地質(zhì)構(gòu)造的陷落柱6 m處進(jìn)行;⑦采用尺寸為φ45 mm×3 800 mm的管縫錨桿,頂部超前30°角進(jìn)行支護(hù)施工，選擇直徑為φ42 mm的錨桿孔，錨桿間排距設(shè)置為900 mm×900 mm，與原施工錨桿插花布置，完成永久性支護(hù)的強(qiáng)化工作;⑧為了進(jìn)一步減輕圍巖的風(fēng)化程度，采用間排距為φ600 mm×600 mm的超前錨桿進(jìn)行打干眼施工作業(yè)，采用短段掘進(jìn)施工。超前加強(qiáng)支護(hù)原理如圖3所示。

圖3 超前加強(qiáng)支護(hù)示意(單位：m)

2.2.2 施工技術(shù)

考慮到陷落柱易風(fēng)化的特點(diǎn)，及時封閉圍巖，盡可能縮短圍巖的裸露時間。采用短段掘進(jìn)、一掘一支以及埋設(shè)導(dǎo)水管的施工方式，編制班組每班8 h，掘進(jìn)、支護(hù)循環(huán)進(jìn)尺設(shè)定為1.0 m。

(1)對于短段掘進(jìn)施工部分，掘進(jìn)進(jìn)尺控制在1.0 m以內(nèi)，超前距設(shè)置為300～ 450 mm，編制炮眼布置圖參照巖石堅(jiān)固性系數(shù)(1～3)及炮眼深度(1.1～1.0 m)進(jìn)行。

(2)對于一掘一支施工部分，在掘進(jìn)后需及時進(jìn)行錨網(wǎng)噴支護(hù)施工，初噴C18 混凝土厚為50 mm。

(3)對于埋設(shè)導(dǎo)水管施工部分，采用管縫錨桿以對點(diǎn)的方式進(jìn)行涌水點(diǎn)施工，采用C18混凝土進(jìn)行噴射封閉固定導(dǎo)水管根部和錨桿尾部。

3 結(jié) 語

煤礦特殊構(gòu)造巷道的掘進(jìn)施工過程較為復(fù)雜，以斷層和陷落柱為例，對巷道施工技術(shù)進(jìn)行了深入研究，對于類似巷道施工具有一定的借鑒價值。

[1] 李志深，孫廣京，劉金海，等．深井大斷面煤巷圍巖控制技術(shù)[J]．煤炭科學(xué)技術(shù)，2012(9)：24-27．

[2] 《煤礦安全規(guī)程》編委會．煤礦安全規(guī)程[M]．北京：煤炭工業(yè)出版社， 2010．

2015-04-09)

祝劉兵(1985—)，男，工程師，030200 山西省太原市古交市。