王 濤，張乾龍，李 根

(皖北煤電集團公司崔木煤礦，陜西寶雞 721000)

0 引言

近年來，隨著我國煤炭開采技術(shù)的不斷進步，巷道的設(shè)計斷面在不斷地加大，開采深度以及強度在不斷增加，沖擊地壓也在不斷顯現(xiàn)，這就不可避免地對巷道掘進帶來了施工難度以及安全隱患。崔木煤礦目前開采至22盤區(qū)，回采巷道均布置在煤層中，煤體的單軸抗壓強度僅為11．5 MPa，圍巖條件屬于工程軟巖?，F(xiàn)場施工過程中，由于巷道圍巖應(yīng)力的增加，巷道開挖后，圍巖應(yīng)力重新分布，受沖擊地壓影響，局部高能量釋放的同時，巷道頂板松散的煤體易發(fā)生冒落，增加了支護過程中的難度以及危險性，嚴重影響巷道的施工質(zhì)量以及進度。文中主要針對崔木煤礦22303風巷沿空掘進過程中的復雜條件進行論述，在掘進循環(huán)中增加了大孔徑卸壓，超前護頂錨桿以及錨索二次補償支護的施工流程，實現(xiàn)了復雜條件下煤巷快速安全掘進。

1 巷道地質(zhì)條件

22303風巷所在的煤層為侏羅系中統(tǒng)延安組3煤層，埋深680～780 m，最大煤厚為22．2 m，最小煤厚5 m(煤層邊界)，平均厚度16．5 m。22303風巷預(yù)留頂(底)煤掘進，當煤厚大于13 m時，留設(shè)8～12 m頂煤掘進，煤厚小于13 m時，留設(shè)0．5～1 m底煤掘進，頂板為1．6～6．4 m泥巖和中粒砂巖，呈灰白色，成分以石英、長石為主，含少量暗色礦物，分選差，次棱角狀，夾細粒砂巖薄層，裂隙較發(fā)育，含鏡煤條帶，巖性較為穩(wěn)定;直接底板為炭質(zhì)泥巖，質(zhì)較純，有滑感，含粉砂巖塊狀層理，含植物根系化石，下部粉砂含量較高，與下伏地層明顯接觸，平均厚度3．2 m，極易風化，遇水潮解。

22303風巷為矩形斷面(掘?qū)挕辆蚋?=5 200 mm×4 200 mm，錨桿規(guī)格為Ф22 mm×2 400 mm的左旋螺紋鋼錨桿，間排距為800 mm×800 mm，配合(長×寬×厚)=5 000 mm×180 mm×5 mm的“W”鋼帶;錨索規(guī)格為Ф21．6 mm×7 300 mm的1860鋼絞線，間排距為1 600 mm×1 600 mm，布置在兩排錨桿之間，配合(長×寬×厚)=3 400 mm×180 mm×5 mm的“W”鋼帶。巷道在支護的過程中，圍巖應(yīng)力釋放，“煤炮”聲頻繁，淺部煤體松散、破碎，片幫、冒頂現(xiàn)象嚴重，巷道掘進異常困難。

2 巷道安全快速掘進技術(shù)

2．1 施工流程

巷道掘進采用EBZ-200B型綜掘機沿煤層施工，掘進前方遇破碎煤體時在開挖前施工超前護頂錨桿，再進行作業(yè)循環(huán)。施工流程如圖1所示。

圖1 作業(yè)循環(huán)流程圖

2．2 大孔徑超前卸壓鉆孔的應(yīng)用

根據(jù)中煤科工集團重慶研究院對崔木煤礦22盤區(qū)3#煤層及其頂?shù)装鍥_擊傾向性鑒定，崔木煤礦22盤區(qū)3#煤層具有中等沖擊危險。針對22303風巷掘進迎頭具有沖擊危險時采取的大孔徑卸壓，其目的在于通過卸壓手段，使迎頭前方煤體內(nèi)因受構(gòu)造應(yīng)力與側(cè)向支承壓力相互疊加產(chǎn)生的集中彈性能有效釋放。巷道掘進迎頭采用大孔徑卸壓方法，以Ф133 mm的大孔徑鉆孔進行卸壓，其卸壓參數(shù)及施工示意圖見表1，鉆孔布置如圖2所示。

表1 掘進迎頭大孔徑卸壓參數(shù)

圖2 掘進迎頭卸壓鉆孔布置圖

根據(jù)22303風巷SOS微震監(jiān)測情況可知，巷道撥門未采取卸壓措施時，30天內(nèi)共監(jiān)測到22303風巷有效震動事件1 303次，其中高能量(1．2E+05)沖擊事件1次;通過在煤巖體應(yīng)力集中區(qū)域?qū)嵤┲睆?33 mm的鉆孔，對巷道圍巖內(nèi)的集中靜載進行卸壓，對上位頂板傳遞來的沖擊動載起到緩沖吸能的作用，同比進行監(jiān)測，30天內(nèi)監(jiān)測到有效震動事件943次，未發(fā)生一起高能量沖擊事件，保證了掘進的安全。

2．3 超前護頂錨桿

巷道開挖后迎頭頂板及幫部煤塊受能量震動的影響，松軟、裂隙較發(fā)育的煤體易發(fā)生片幫冒落事故，導致迎頭無法及時支護，對巷道成型、施工進度以及工程質(zhì)量帶來了隱患。超前護頂錨桿支護技術(shù)是在現(xiàn)場施工的過程中，不斷總結(jié)出的一種實用、快速預(yù)支護技術(shù)。

超前護頂錨桿即在巷道開挖前，向煤層掘進方向的煤體中預(yù)先施工錨桿群，使掘進前方無抗壓能力的煤體的內(nèi)摩擦角迅速地達到一定的數(shù)值，改善被錨固煤體的力學性質(zhì)，使松散的煤體形成一個具有承載能力的整體，使得開挖后前方形成一個擠壓加固梁，大大減少了冒頂?shù)陌l(fā)生。

超前護頂錨桿支護參數(shù):采用 Ф22 mm、L=2 400 mm左旋螺紋鋼錨桿，每根錨桿使用2支K2350錨固劑端頭錨固，配合150 mm×150 mm×10 mm高強度托盤，沿工作面頂板，距巷道頂板下300 mm距離，向前上方煤體與巷道腰線呈20°的仰角施工一排錨桿，錨桿間距為0．4 m。巷道的循環(huán)進尺為0．8 m，每掘進兩個施工循環(huán)(1 600 mm)施工一次超前護頂錨桿。超前護頂錨桿布置如圖3所示。

圖3 超前護頂錨桿布置圖

2．4 二次補償支護

基于對高地應(yīng)力、大變形軟巖巷道圍巖控制原理可知，該巷道圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，一次支護難以保證圍巖的長期穩(wěn)定性。因此，提出錨索二次補償支護技術(shù)，利用深部穩(wěn)定巖體的自身承載能力，在一次支護與淺部圍巖相互作用形成一次承載圈的基礎(chǔ)上進行二次錨索支護，使深部穩(wěn)定的圍巖與一次支護承載圈共同作用形成復合承載圈，提高圍巖的自身承載能力。

二次支護錨索參數(shù):根據(jù)現(xiàn)場實際施工條件，結(jié)合圍巖地質(zhì)特征，確定施工參數(shù)。巷道掘進一次支護完成，應(yīng)力重新分布后，開始施工二次支護錨索，根據(jù)工程實踐一般滯后巷道迎頭10～15 m，頂板錨索為Ф21．6 mm，L=8 000 mm的1860鋼絞線(錨固點與原支護錯開)，頂板沿巷道走向布置兩排，間排距1 600 mm×2 400 mm，配合使用5 000mm×180 mm ×5 mm“W”型鋼帶梁，幫部錨索為 Ф21．6 mm，L=5 500 mm的1860鋼絞線，沿巷道走向布置兩排，間排距1 600 mm×1 600 mm，錨索布置錯開半個排距呈“三花”布置。具體參數(shù)如圖4所示。

圖4 巷道支護展開圖

3 結(jié)語

綜合實施大孔徑超前卸壓、超前護頂錨桿及二次錨索補償支護技術(shù)后，不僅保證了掘進的進度及安全，使圍巖得到有效控制，也杜絕了掘進期間頂板事故的發(fā)生。每圓班進尺由4個循環(huán)3．2 m，提升至每圓班10個循環(huán)8 m，月單進由96 m提升至240 m。在保障了作業(yè)循環(huán)有序進行和作業(yè)人員人身安全的同時，大大縮短了支護工作所用的時間，保證了生產(chǎn)安全;大大提高了掘進速度，對煤礦安全生產(chǎn)有著積極的意義，也對類似地質(zhì)條件下的礦井掘進提供了借鑒。