梁建義

(山西宏宇誠(chéng)鑄建設(shè)工程有限公司)

為進(jìn)一步提高巷道掘進(jìn)效率，減少巷道開(kāi)挖量，確保巷道施工安全，交叉巷道在施工時(shí)一般選擇近距離煤層過(guò)巷掘進(jìn)工藝。由于軟巖煤層過(guò)巷掘進(jìn)施工時(shí)常受到煤層地質(zhì)條件的影響，巷道過(guò)巷掘進(jìn)時(shí)若不采取合理有效的施工工藝及支護(hù)措施，不僅不利于巷道快速掘進(jìn)施工，而且在過(guò)巷段近距離軟巖煤層難以預(yù)留，加大了巷道過(guò)巷施工難度，甚至?xí)l(fā)生重大煤礦頂板安全事故。本研究以塔山礦三盤(pán)區(qū)5307巷為研究對(duì)象，對(duì)巷道反掘構(gòu)筑通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)采用過(guò)巷掘進(jìn)施工工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)風(fēng)橋挑頂施工方法[1-4]，在過(guò)巷期間根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況采取合理的施工工藝及支護(hù)措施，確保該巷道在近距離軟巖煤層中得以安全、快速施工。

1 工程概況

塔山礦三盤(pán)區(qū)回采煤層為2#、4#煤層，兩煤層間距為17 m(4#煤層位于2#煤層之上)，目前三盤(pán)區(qū)采掘工作面主要布置于4#煤層內(nèi)，2#煤層僅布置1條井田主運(yùn)輸大巷。4#煤層屬石炭系軟巖煤層，平均厚度為6.5 m，煤層發(fā)育不穩(wěn)定，煤層緊固系數(shù)f<1.0。4#煤層直接頂巖性主要為碳質(zhì)泥巖，平均厚度為5.5 m，基本頂巖性以粗砂巖為主，平均厚度為11.4 m。

5307巷位于三盤(pán)區(qū)4#煤層西翼，巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 700 m，巷道斷面規(guī)格為4.0 m×3.5 m(寬×高)，施工巷道北部、南部為實(shí)煤區(qū)，東部布置2條盤(pán)區(qū)大巷(盤(pán)區(qū)輔運(yùn)巷、盤(pán)區(qū)回風(fēng)巷)，西部布置2條西翼大巷(西翼皮帶巷、西翼運(yùn)輸大巷)，相鄰2條巷道之間的保護(hù)煤柱寬度為45 m(圖1)。盤(pán)區(qū)輔運(yùn)巷以70°夾角開(kāi)口施工5307運(yùn)料斜巷，運(yùn)料斜巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為80 m，斜巷施工到位后按設(shè)計(jì)施工1條運(yùn)輸聯(lián)巷，構(gòu)筑5307巷掘進(jìn)運(yùn)輸系統(tǒng)，同時(shí)5307巷按反方向掘進(jìn)與盤(pán)區(qū)回風(fēng)巷貫通，形成通風(fēng)系統(tǒng)，待運(yùn)輸系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)完全形成后再掘進(jìn)5307正巷。

圖1 5307巷平面布置示意

5307巷在反掘施工通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，需與盤(pán)區(qū)輔運(yùn)巷貫通，而后從盤(pán)區(qū)輔運(yùn)巷開(kāi)口繼續(xù)掘進(jìn)施工輔回聯(lián)巷直至與盤(pán)區(qū)回風(fēng)巷貫通，貫通前在盤(pán)區(qū)輔運(yùn)巷指定位置構(gòu)造風(fēng)橋。由于該施工方案巷道掘進(jìn)量大，且與輔助運(yùn)輸巷貫通以及構(gòu)筑風(fēng)橋時(shí)影響輔運(yùn)巷運(yùn)輸、行人等，因而本研究采用5307巷近距離煤層過(guò)巷掘進(jìn)施工工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的巷道貫通及風(fēng)橋施工方法，在過(guò)巷期間兩巷之間預(yù)留的煤層厚度為2.2 m，由于盤(pán)區(qū)輔運(yùn)巷斷面為拱形，巷道斷面規(guī)格為5.0 m×4.5 m(寬×高)，因此兩巷之間預(yù)留的巖體主要為煤層。

2 近距離軟巖煤層過(guò)巷掘進(jìn)施工流程

為保證5307巷道過(guò)巷掘進(jìn)施工安全，采用分層留底過(guò)巷掘進(jìn)施工工藝，即施工巷道上分層采用大斷面爆破掘進(jìn)工藝，下分層采用人工起底方法[5-8]。施工流程為：①5307運(yùn)料斜巷施工到位后，按設(shè)計(jì)進(jìn)行反掘施工構(gòu)筑5307巷通風(fēng)系統(tǒng)，當(dāng)巷道反掘至A點(diǎn)(距輔運(yùn)巷55 m)時(shí)，施工巷道按7°仰角上山掘進(jìn)，采用全斷面光面爆破施工工藝，在上山掘進(jìn)期間頂?shù)装迤露茸兓瘧?yīng)保持一致，確保巷道高度保持不變；②當(dāng)5307巷上山掘進(jìn)至B點(diǎn)時(shí)，施工巷道與盤(pán)區(qū)輔運(yùn)巷水平間距為5.0 m，兩巷層間距為2.0 m，且以煤層為主，此時(shí)停止上山掘進(jìn)施工，采用分層留底平行掘進(jìn)施工工藝；③5307巷在過(guò)巷段采用分層留底掘進(jìn)施工工藝時(shí)，上分層掘進(jìn)斷面規(guī)格為4.0 m×2.5 m(寬×高)，下分層留底厚度為1.0 m；④過(guò)巷期間上分層采用松動(dòng)爆破掘進(jìn)施工工藝，工作面布置3排松動(dòng)爆破孔，炮孔深度為1.0 m，炮孔采用正向裝藥方式，每個(gè)炮孔填裝1支三級(jí)礦用乳化炸藥，裝藥量為300 g，裝藥后對(duì)炮孔進(jìn)行水炮泥封孔處理，封孔長(zhǎng)度不宜小于0.5 m，每次爆破孔數(shù)量為4個(gè)，每茬掘進(jìn)量不宜超過(guò)0.8 m；⑤當(dāng)5307巷上分層松動(dòng)爆破掘進(jìn)至C點(diǎn)(過(guò)輔運(yùn)巷2.0 m)后停止施工，對(duì)下分層底煤進(jìn)行起底，起底時(shí)嚴(yán)禁進(jìn)行爆破施工，應(yīng)采用風(fēng)鎬、洋鎬進(jìn)行人工起底，起底厚度為1.0 m，起底后確保巷道高度不宜小于3.5 m；⑥5307巷過(guò)巷掘進(jìn)5.0 m后采用下山掘進(jìn)施工工藝，掘進(jìn)坡度為10°，當(dāng)巷道下山掘進(jìn)35 m后施工巷道與盤(pán)區(qū)回風(fēng)巷位于同一標(biāo)高時(shí)，采用平行掘進(jìn)方法，且掘進(jìn)10 m后與回風(fēng)巷貫通，此時(shí)5307巷通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)筑完畢。

3 聯(lián)合支護(hù)方案設(shè)計(jì)及應(yīng)用

由于5307巷過(guò)巷掘進(jìn)施工期間，需在施工巷道安裝膠帶輸送機(jī)及耙?guī)r機(jī)等重型機(jī)械設(shè)備，而過(guò)巷時(shí)兩巷層間距僅為2.2 m，為保證巷道施工安全，避免發(fā)生頂板垮落事故，本研究對(duì)5307巷過(guò)巷段施工復(fù)合底板，對(duì)盤(pán)區(qū)輔運(yùn)巷相應(yīng)頂板架設(shè)密集U29型工字鋼棚進(jìn)行支護(hù)[9-12]。

3.1 人工復(fù)合底板施工

5307巷下分層人工起底后，繼續(xù)對(duì)施工巷道過(guò)巷段底板進(jìn)行起底施工基礎(chǔ)坑，基礎(chǔ)坑規(guī)格為7.0 m×5.0 m×0.5 m(長(zhǎng)×寬×深)，起底后須確保長(zhǎng)度超過(guò)盤(pán)區(qū)輔運(yùn)巷巷幫煤柱2.0 m，寬度超過(guò)5307巷兩幫煤柱1.0 m?；A(chǔ)坑施工完畢后，在基礎(chǔ)坑內(nèi)依次鋪設(shè)金屬網(wǎng)、2層密集工字鋼梁，第1層工字鋼梁與5307巷平行布置，鋼梁長(zhǎng)度為7.0 m，相鄰2根鋼梁間距為0.2 m，共鋪設(shè)25根鋼梁。第2層工字鋼梁與第1層工字鋼梁垂直布置，第2層鋼梁長(zhǎng)度為5.0 m，鋼梁間距為0.5 m，共鋪設(shè)14根，2層鋼梁采用連接螺母固定。為保證2層密集工字鋼梁鋪設(shè)牢固，在5307巷距巷幫0.5 m處頂板各施工1排起重錨索，每排施工3根，錨索間距為4.0 m，采用起重錨索對(duì)2層密集工字鋼梁進(jìn)行懸吊(圖2)。密集工字鋼梁懸吊后，對(duì)基礎(chǔ)坑進(jìn)行混凝土澆筑，混凝土配比為2∶2∶1(砂子:石子:水泥)，澆筑時(shí)須采用振動(dòng)泵對(duì)澆筑區(qū)域震動(dòng)嚴(yán)實(shí)，澆筑后的混凝土強(qiáng)度不宜低于C25。

圖2 5307巷過(guò)巷掘進(jìn)支護(hù)斷面示意

3.2 密集U29型工字鋼棚架設(shè)

為進(jìn)一步增強(qiáng)復(fù)合底板的穩(wěn)定性，在三盤(pán)區(qū)輔運(yùn)巷過(guò)巷段架設(shè)密集U29型工字鋼棚。該型鋼棚主要由2節(jié)長(zhǎng)度為2.0 m的棚腿，2節(jié)長(zhǎng)度為2.83 m的圓弧頂梁和1節(jié)長(zhǎng)度為2.18 m的圓弧頂梁組成(圖2)。在盤(pán)區(qū)輔運(yùn)巷距5307巷幫2.0 m處開(kāi)始架設(shè)U29型鋼棚，直至過(guò)5307巷2.0 m后停止架設(shè)，共架設(shè)18架U29型鋼棚，鋼棚間距為0.5 m。首先在盤(pán)區(qū)輔運(yùn)巷底板安裝棚腿，為保證棚腿安裝平穩(wěn)牢固，在棚腿下端焊接1個(gè)規(guī)格為0.3 m×0.3 m×0.05 m(長(zhǎng)×寬×厚)鋼托板，鋼托板與底板采用地錨進(jìn)行固定。待2節(jié)棚腿安裝后，開(kāi)始進(jìn)行人工安裝頂梁，頂梁與棚腿之間以及頂梁與頂梁之間采用卡槽進(jìn)行對(duì)接式安裝，對(duì)接長(zhǎng)度不宜小于0.5 m，對(duì)接后在接頭處采用卡纜進(jìn)行固定預(yù)緊，卡纜螺母的預(yù)緊力不宜小于200 N·m。為保證U29型鋼棚架設(shè)穩(wěn)定，在鋼架棚腿處施工1根長(zhǎng)度為1.0 m固定錨桿，將其與巷幫進(jìn)行錨固，在頂梁處施工1個(gè)長(zhǎng)度為1.5 m的固定錨索，將其與頂板進(jìn)行錨固。為確保相鄰2架鋼棚之間具有相互聯(lián)鎖保護(hù)作用，相鄰2架鋼棚采用3根連接套桿進(jìn)行連接。為保證U29型鋼棚架設(shè)后能夠與頂板接觸嚴(yán)實(shí)，在鋼棚與頂板及巷幫間隙處填塞水泥背板，水泥背板長(zhǎng)度為1.2 m，寬度為0.3 m。

4 應(yīng)用效果

5307巷在施工期間，本研究通過(guò)采用過(guò)巷掘進(jìn)施工工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的巷道貫通、風(fēng)橋挑頂施工方法，減少巷道開(kāi)挖量達(dá)1 400 m3，且提前8 d形成了5307巷通風(fēng)系統(tǒng)，縮短了巷道掘進(jìn)周期。在過(guò)巷掘進(jìn)施工時(shí)僅需安裝1部SSJ-800型帶式輸送機(jī)及P60-B型耙?guī)r機(jī)即可完成煤矸石運(yùn)輸任務(wù)，減少了機(jī)電設(shè)備的安裝數(shù)量。

近距離軟巖煤層過(guò)巷掘進(jìn)施工時(shí)采用分層留底法掘進(jìn)，保證了巷道安全穩(wěn)定，避免了大斷面巷道爆破施工時(shí)受振動(dòng)及煤矸石重量的影響，而引發(fā)過(guò)巷底板垮落事故。5307巷采用該方法僅用2.5 d便完成了過(guò)巷掘進(jìn)任務(wù)，平均進(jìn)度達(dá)3.5 m/d，大大提高了近距離煤層巷道的掘進(jìn)效率。

5307巷在近距離煤層過(guò)巷期間，在上標(biāo)高巷道底板施工人工復(fù)合底板，在下標(biāo)高巷道架設(shè)U29型工字鋼棚進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)后，本研究對(duì)該區(qū)域薄煤層的變形情況進(jìn)行了3個(gè)月監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明：第1個(gè)月內(nèi)由于薄煤層處應(yīng)力未完全重新分配，頂板下沉量變化較大，下沉量為0.2m；第2個(gè)月內(nèi)頂板下沉量變化較小，下沉量為0.05m；第3個(gè)月內(nèi)頂板變形處于穩(wěn)定狀態(tài)，下沉量為0?？梢?jiàn)，過(guò)巷段聯(lián)合支護(hù)方案的應(yīng)用大大提高了薄煤層頂板穩(wěn)定性，保證了巷道施工安全，解決了近距離軟巖煤層頂板維護(hù)難度大、維護(hù)效果不理想等難題。

5 結(jié) 語(yǔ)

以山西塔山煤礦三盤(pán)區(qū)5307巷為例，通過(guò)采用近距離軟巖煤層過(guò)巷掘進(jìn)施工工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的巷道貫通、風(fēng)橋挑頂施工方法，有效減少了巷道開(kāi)挖量，縮短了巷道施工工期；通過(guò)在過(guò)巷段采用人工復(fù)合底板及架設(shè)U29型工字鋼棚進(jìn)行薄煤層頂板穩(wěn)定性控制，有效提高了巷道頂板穩(wěn)定性，保證了巷道施工安全。

[1] 李保軍.傾斜巷道過(guò)巷穿層掘進(jìn)支護(hù)工藝優(yōu)化[J].煤，2017 (5)：44-46.

[2] 楊 釗.近距離煤層掘進(jìn)工作面頂板控制[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(5) ：36-37.

[3] 李卓楠.采空區(qū)下近距離煤層巷道掘進(jìn)施工安全管理技術(shù)[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2015(8)：141-142.

[4] 高建軍.平朔礦區(qū)近距離煤層采空區(qū)下巷道支護(hù)技術(shù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014(5)：1-4.

[5] 付祥明.U型鋼支護(hù)斷面選擇在井巷修復(fù)中的應(yīng)用與分析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2013(6)：57-58.

[6] 劉海瑞.礦用U型鋼棚+砌碹支護(hù)在交叉巷道中的應(yīng)用[J].陜西煤炭，2015(4) ：129-131.

[7] 王宇飛.近距離煤層過(guò)巷掘進(jìn)技術(shù)研究應(yīng)用[J].江西煤炭科技，2016(2)：79-81.

[8] 聶兆文.極近距離煤層掘進(jìn)技術(shù)[J].山東煤炭科技，2005(2)：37-39.

[9] 蔣美樂(lè).礦用工字鋼框架結(jié)構(gòu)在極近距離煤層掘進(jìn)支護(hù)中的應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù)，2017(10)：165-167.

[10] 付積田.極近距離煤層煤巷聯(lián)合支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].煤炭與化工，2014(5)：83-84.

[11] 桂寶軍.煤礦井下軟巖巷道支護(hù)措施[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2016(8)：232-233.

[12] 苗耀龍.超前錨桿支護(hù)技術(shù)在破碎巖體巷道施工中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2016(6)：272-273.