武文強

(陽泉煤業(yè)集團安澤登茂通煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 042509)

0 引言

在進行礦井的采掘過程中，為了使同一煤層的巷道開挖量減少，可以使用同一條運輸巷或回風巷，可以通過對相鄰的煤層布置穿層巷道來實現(xiàn)。相鄰的煤層一般會存在標高差，所以進行穿層巷道的施工時，是沿一定坡度的，加上煤礦的地質條件復雜，煤巖層發(fā)育不穩(wěn)定，最終使得進行巷道穿層時施工難度大，巷道的掘進效率低，巷道頂板易受到破壞。

1 概況

本文以山西某煤礦為例進行穿層巷道的掘進工藝研究。該煤礦主要開采5號煤層，平均厚度為3.4m。皮帶巷的斷面設計為寬4.5m，長3.5m，設計巷道的長度為1200m，煤層傾角為7°，進行上山掘進，掘進施工工藝為爆破施工。

在進行上山掘進過程中，使用的施工工藝為爆破施工，對掘進后的巷道頂板進行支護，方法為“W”型鋼帶+金屬網+錨桿錨索的聯(lián)合支護方式，鋼帶的長和寬分別為4.2m、0.25m，進行鋼帶的布置時，應當與巷道垂直，間距為1.0m；采用左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，長度和直徑規(guī)格為2.5m×22mm。

由于進行巷道上山掘進穿層時，巷道頂板的壓力較大，為了保證掘進過程的安全性，需要預先分析這一階段的主要技術難題，對穿層施工工藝進行合理選擇，并采用合理的支護措施。

2 巷道穿層期間的困難

(1)由于該煤礦的掘進煤層屬于石炭系，發(fā)育不穩(wěn)定且呈破碎狀，煤層普氏系數(shù)小于2，單軸抗壓強度在6～8MPa之間，煤體具有較差的承載能力。在進行上山掘進的過程中，巷道頂板出現(xiàn)嚴重破碎的現(xiàn)象，局部頂板很容易發(fā)生冒落。

(2)進行上山掘進時頂板壓力較大，其應力方向垂直向下，頂板的斜面與其支護體垂直布置，頂板的垂直應力高于支護體的支護分力，支護體無法滿足要求，頂板易局部垮落。

(3)在掘進巷道期間，巷道頂板的煤巖體厚度在不斷變化，對巷道頂板進行支護的支護體的錨固端位于煤體處或煤體與巖體相交處，錨固的質量較差，如果頂板的壓力增大，就會導致頂板發(fā)生離層或者破碎，導致支護嚴重失效。

3 巷道穿層施工工藝

巷道穿層期間，頂板的應力較大，很容易造成頂板局部垮落，因此通過研究分析，最終采用的掘進方法為臺階法上山掘進。這一掘進方法就是在巷道進行上山掘進期間，通過對頂板平段進行施工，劃分掘進段，形成若干個掘進斜巷，與此同時，及時采取合理的措施進行頂板支護，在很大程度上避免頂板壓力集中，從而避免發(fā)生頂板垮落事故。

4 穿層期間支護工藝

4.1 平段掘進期間補強支護

進行巷道平段的施工時，采用密集錨索吊棚用來加強頂板的支護，錨索吊棚由三根鋼絞線以及工字鋼梁所組成，鋼絞線的長度和直徑分別為8.0m、17.8mm，工字鋼梁長度為4.0m，進行布置時沿垂直巷道的方向布置，布置的間距設為1.0m。

4.2 注漿支護

當頂板較為破碎時，可以在頂板進行并注漿，目的是增強破碎頂板穩(wěn)定性，提高頂板的承載能力，進而降低事故率。

(1)當巷道第一個平段完成施工后，在距離工作面1.0m處的頂板上施工一排(共四個)漿孔，孔深5.0m，直徑45mm，孔間距1.0m，并以45°仰角布置。

(2)完成注漿孔的施工后，采用專用注漿泵注漿，煤壁滲出漿液時停止，使用水泥砂漿封孔。

在注漿完成3h后繼續(xù)掘進，4.0m后進行第二排注漿孔的施工，每一平段間的斜巷頂板共施工兩排注漿孔。

4.3 超前錨桿支護

對于超前錨桿支護這一支護方式，主要是在巷道頂板進行加強錨桿支護體的施工，從而進行超前支護，避免頂板大面積垮落。

(1)當巷道掘進至150m時，在穿層斜巷段的頂板布置一排(共9個)孔徑為30mm，深度為4.0m的超前支護鉆孔，以7°的仰角進行布置，間距為0.5m。

(2)完成鉆孔施工后，在每個鉆孔內進行高強度螺紋錨桿的安設和加固，錨桿規(guī)格為：長4.5m、直徑25mm，錨固時使用的設備為手持式鉆機，錨固力應高于10t。

4.4 邁步式“T”型支護

對斜巷段采用邁步式“T”型支護，可以使支護體對頂板的支護面積增加，防止頂板破碎和下沉。

(1)“T”型支護主要用到的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿以及鋼板，其中錨桿長2.5m、直徑22mm，鋼板長0.8m、寬0.5m。

(2)在與頂板相鄰的三根鋼帶中間進行“T”型支護的施工，錨桿與鋼帶應進行垂直布置，在第一排與第二排鋼帶的中間設置兩組間距為3.0m的“T”型支護，第二排與第三排鋼帶中間設置一組“T”型支護，且相鄰的三組“T”型支護布置方式呈邁步式。

4.5 優(yōu)化頂板原支護設計

在進行上山掘進期間，煤巖層的厚度會不斷變化，為了避免這一情況造成頂板支護失效，應當優(yōu)化局部區(qū)域的原支護體設計。

(1)當巷道掘進至120m時，頂板錨索的錨固端分別位于巖石層與煤層之間，所以此時錨索的錨固效果較差。

(2)當巷道掘進至150m時，頂板錨桿的錨固端分別位于巖石層與煤層之間，此時錨桿的錨固效果較差。在上山掘進巷道至130m和160～1200m范圍內時，應當將錨桿更換為長5.0m的預應力鋼絞線。破碎的巖體膠結穩(wěn)定，完成注漿后，頂板破碎巖體的單軸抗壓強度增加至53MPa。

(3)通過超前錨桿支護的施工，對巷道上山時頂板的穩(wěn)定性進行了增強，防止因為巷道爆破施工后頂板不能及時支護或者由于爆破震動是頂板發(fā)生局部垮落。

(4)對上山階段的頂板采用邁步式T型支護的方式進行支護，有效針對頂板鋼帶支護斷面較小以及鋼帶間的聯(lián)鎖保護性的問題進行了解決，支護斷面的增加，對于頂板下沉進行了有效的控制。

5 結語

通過在巷道穿層期間使用臺階法掘進的施工工藝，同時采用“超前錨桿支護+注漿+邁步式T型支護”等聯(lián)合支護法，取得了較好的效果：

(1)上山掘進時使用臺階法，同時進行錨索吊棚加強支護臺階處的頂板，避免發(fā)生頂板壓力集中，從而有效預防發(fā)生頂板垮落事故。

(2)使用注漿法提高了破碎巖體的膠結穩(wěn)定性，完成注漿后，頂板破碎巖體的單軸抗壓強度增大至53MPa。

(3)在巷道上山階段，使用超前錨桿支護，頂板穩(wěn)定性得到加強，防止由于爆破施工后不能及時支護頂板，或者因為爆破震動使頂板局部垮落。

(4)對頂板采用邁步式T型支護，有效針對頂板鋼帶支護斷面較小以及鋼帶間的聯(lián)鎖保護性的問題進行了解決，支護斷面的增加，對于頂板下沉進行了有效的控制。