張照宇

（晉能控股煤業(yè)集團馬脊梁礦，山西 大同 037000）

馬脊梁礦在上覆采空區(qū)的影響下，工作面過輔運巷期間，由于再生頂板膠結(jié)不充分，遇到煤層變薄帶會使頂板壓力增大而出現(xiàn)破裂，影響掘進施工的安全性，進而影響掘進速度和效率[1-3]。8125工作面掘進至757 m時進入斷層影響區(qū)，巷道的成型效果差，支護難度大，頂板破碎比較嚴(yán)重，采用傳統(tǒng)的施工工藝不能保證正常的掘進安全和施工速度。因此，研究決定采用分層掘進的施工方法，并進行合理支護，以確保巷道的施工安全。

1 概況

馬脊梁礦一盤區(qū)8125工作面煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層厚度為5.58～8.10 m，平均4.87 m，局部含有4～5層矸石，厚度為0.21～0.88 m。矸石的巖性多為砂泥巖、高嶺巖，局部煌斑巖侵入，其周圍5～10 m范圍內(nèi)煤發(fā)生變質(zhì)。煤層傾角1°～5°，以暗淡型煤巖為主，煤種主要是氣煤，與上覆14-3#煤層的層間距為189～222 m。

2 分層掘進施工工藝

2.1 施工原理

在巷道全斷面發(fā)生爆破時，爆破的威力會削弱圍巖的穩(wěn)定性，使承載梁出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。為了避免對巷道圍巖造成的破壞，采用分層爆破的方法，將巷道分成上下兩層，通過合理設(shè)計炮眼位置、爆破方式以及裝藥量等相關(guān)參數(shù)，分多次進行爆破，降低對巷道圍巖的破壞[4-5]。

2.2 施工工藝

（1）以巷道中線作為控制線，用紅漆標(biāo)定出皮帶巷的兩幫，并在皮帶巷上搭設(shè)一個寬度為4.5 m、長度為5.0 m、高度為2.0 m的工作盤。在工作盤中部輸送機上方預(yù)留一個漏煤口，漏煤口長3.0 m，寬度為1.0 m。在施工期間，為了確保施工的安全性，在工作盤的兩側(cè)加裝金屬網(wǎng)進行護欄。

（2）搭設(shè)好工作盤后，在距離工作盤25 m處安裝兩臺局部通風(fēng)機和風(fēng)筒。

（3）在機頭處施工絞車硐室，采用松動爆破法進行施工，絞車硐室的寬為4.5 m，高為3.2 m，深度為3.0 m，硐室的頂板與機頭段的頂板處于同一位置。

（4）在硐室內(nèi)安裝一個耙?guī)r機，在漏煤口安裝兩根滾管，以減少對鋼絲繩的磨損，滾管的直徑為0.2 m，長度為0.8 m。

（5）對皮帶巷頂板進行挑頂，挑頂斷面的長度為4.5 m，寬度為4.5 m，深度為2.2 m，在挑頂后及時進行永久支護。

（6）采用分層爆破施工方法，從皮帶巷向軌道巷進行施工，斷面寬度為4.5 m，高度為3.2 m。在巷道掘進10 m后，從頂板下山掘進，斜坡角為7°，繼續(xù)掘進8.5 m后沿煤層頂板平行掘進，確保巷道的高度達到3.0 m，直到與軌道巷貫通。分層爆破施工剖面圖如圖1。

圖1 分層爆破施工剖面圖（mm）

（7）在巷道貫通后，在皮帶巷預(yù)留底煤的平臺上安裝耙?guī)r機，繼續(xù)向機頭段施工，施工工藝與上述相同。機頭段的分層爆破施工剖面圖如圖2。

圖2 機頭段分層爆破施工剖面圖（mm）

（8）上分層施工完成后，再采用爆破起底方法對下分層的預(yù)留底煤進行施工，確保巷道的斷面尺寸符合相關(guān)設(shè)計要求。

3 聯(lián)合支護

為了提高巷道頂板的穩(wěn)定性，對分層爆破的開口段進行聯(lián)合加強支護，采用撞楔超前支護+恒阻錨索桁架支護+雙梁梯形棚的支護方式[6-8]。

3.1 撞楔超前支護

為了預(yù)防因支護不及時出現(xiàn)的頂板冒落情況，在爆破施工前對頂板進行撞楔超前支護。采用空鋼管與煤壁垂直方向進行支護，鋼管的長度為3.0 m，直徑為30 mm。具體為：采用手持式鉆機對巷道頂板位置進行鉆孔施工，鉆孔深度為3.0 m，直徑為35 mm，每個鉆孔之間的距離為0.5 m，依次在鉆孔內(nèi)安裝錨固劑和支護體，并用鉆機進行錨固，支護體要超出鉆孔0.3 m。撞楔超前支護后對巷道進行爆破，爆破掘進1.0 m后，采用錨桿錨索對頂板進行永久支護，中間使用托板或鋼帶進行預(yù)緊。

3.2 恒阻錨索桁架支護

為了預(yù)防在掘進過程中受應(yīng)力作用而導(dǎo)致頂板出現(xiàn)下沉和離層等現(xiàn)象，對頂板進行恒阻錨索桁架支護[9-10]。通過預(yù)緊兩根有傾角的錨索，在錨索產(chǎn)生主動支護的同時，產(chǎn)生一個垂直向上的被動支撐，減少頂板垂直向下的應(yīng)力。使用一個雙向張拉器、兩根恒阻錨索、兩根螺紋鋼錨桿進行支護。其中，恒阻錨索的直徑為21.6 mm，長度為8.0 m；螺紋鋼的直徑為22 mm，長度為1.6 m，在螺紋鋼的兩端焊接一個孔徑25 mm的圓孔。在距離巷幫1.0 m處進行錨索鉆孔，鉆孔的深度為8.0 m，與頂板的夾角為75°，終孔位置在幫部的巖體內(nèi)。對鉆孔依次注入錨固劑和恒阻錨索，錨索超出鉆孔0.25 m，在錨索外露的一端安裝螺紋鋼錨桿，使用張拉器進行拉緊，桁架的支護間距為1.5 m。頂板聯(lián)合支護斷面示意圖如圖3。

圖3 頂板聯(lián)合支護斷面示意圖（mm）

3.3 雙梁梯形棚支護

為降低傳統(tǒng)鋼棚對頂板的破壞影響，防止頂板出現(xiàn)破碎和下沉等現(xiàn)象，在巷道30～60 m處架設(shè)雙梁梯形棚，主要包括鋼棚腿、底座和雙梯形梁。其中，4根長為2.5 m的鋼棚腿，2根主梁長為4.8 m的雙梯形梁，主梁之間的距離為0.5 m，主梁與主梁之間采用10根10#槽鋼進行連接，間距為0.5 m。先將棚腿底座固定在底板上，用地錨進行固定，然后采用插入式連接方式，依次連接棚腿，搭接長度大于0.5 m，在棚腿的頂端焊接11#凹槽，將頂梁插入凹槽內(nèi)并固定。如果頂梁不能直接與頂板接觸，通過調(diào)整棚腿的高度來調(diào)節(jié)頂梁與頂板的距離，使其密切接觸。

4 效果分析

在掘進期間對巷道聯(lián)合支護范圍內(nèi)的巷道圍巖變形量進行觀測。采取聯(lián)合加強支護方式后，巷道頂板的最大下沉量為0.13 m，掘進5 d后，巷道頂板的穩(wěn)定性得以提高，巷道的掘進量減少1450 m3，掘進時間減少8 d。采用分層掘進施工方法，掘進效率明顯提升，且巷道頂幫的煤體強度得到提高，支護效果較好，頂板完整性較好。

5 結(jié)論

針對馬脊梁礦8125工作面巷道成型質(zhì)量差、巷道支護難度大、矸石運輸效率低等問題，采用分層掘進施工工藝方法，并對開口段進行聯(lián)合加強支護，結(jié)果如下：

（1）采用分層掘進施工方法，在確保巷道施工安全的同時，減少了設(shè)備的安裝次數(shù)，加快了巷道的掘進效率，節(jié)約支護成本約17萬元。

（2）采取聯(lián)合加強支護方式后，在掘進過程中，巷道頂板的最大下沉量為0.13 m，在掘進5 d后，巷道頂板的穩(wěn)定性得以提高，支護效果較好，頂板完整性較好。