吳雪峰

(臨汾宏大錦程煤業(yè)，山西 臨汾 041000)

隨著我國(guó)“雙碳”戰(zhàn)略的實(shí)施，對(duì)煤炭資源安全高效開(kāi)采的技術(shù)要求越來(lái)越高，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中各項(xiàng)流程的控制越來(lái)越嚴(yán)格。巷道掘進(jìn)作為工作面布置的重要基礎(chǔ)工序，受到斷層、老空區(qū)、陷落柱等不同復(fù)雜地質(zhì)條件影響的程度越來(lái)越大，有時(shí)更需要花費(fèi)巨資進(jìn)行后期維護(hù)，給礦井正常生產(chǎn)帶來(lái)了不可估量的損失。針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下工作面巷道安全掘進(jìn)技術(shù)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者均進(jìn)行了大量且有益地探索，逐步形成了一套體系完備、行之有效的控制方法。

1 工程地質(zhì)條件

宏大錦程煤業(yè)51010掘進(jìn)工作面擔(dān)負(fù)二采區(qū)81010工作面的行人、運(yùn)料、回風(fēng)等任務(wù)，巷道主要布置在10號(hào)煤層，地面標(biāo)高1 220～1 375 m，施工標(biāo)高為1 144～1 204 m.10號(hào)煤層平均傾角為4°，平均煤厚為4.3 m.底板為2.37～5.8 m厚的鋁土質(zhì)泥巖，巖性較硬，吸水性、可塑性中等；直接頂為0.2 m厚的灰質(zhì)泥巖，巖性較軟；老頂為3.09～10.55 m厚的中厚層狀石灰?guī)r，深灰色生物碎屑灰?guī)r、堅(jiān)硬，穩(wěn)固性好。

51010掘進(jìn)面設(shè)計(jì)長(zhǎng)610 m，沿煤層底板掘進(jìn)，巷道斷面形狀為矩形，長(zhǎng)×寬=3.5 m×2.8 m，工作面無(wú)瓦斯突出傾向。綜合考慮礦井整體地質(zhì)條件勘測(cè)結(jié)果，在51010工作面掘進(jìn)時(shí)，前方可能存在原馬峪礦老舊巷道，同時(shí)工作面頂板巖層節(jié)理發(fā)育，都對(duì)掘進(jìn)工作造成了不利影響。因此，探究復(fù)雜地質(zhì)條件下51010工作面安全高效掘進(jìn)技術(shù)，對(duì)礦井整體正常生產(chǎn)具有重要意義。

2 復(fù)雜地質(zhì)條件巷道掘進(jìn)難點(diǎn)分析

1) 地質(zhì)構(gòu)造問(wèn)題。巷道實(shí)際掘進(jìn)過(guò)程中，可能會(huì)遇到非常多的地質(zhì)構(gòu)造影響，比如斷層、陷落柱等，還有可能受到老舊巷道影響，這些構(gòu)造在一定程度上會(huì)造成頂?shù)装鍑鷰r性質(zhì)產(chǎn)生變化，帶來(lái)巖層松散、脫落等影響。這些復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響了巷道掘進(jìn)的進(jìn)度，帶來(lái)了巷道圍巖應(yīng)力的變化，導(dǎo)致需要對(duì)掘進(jìn)過(guò)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造時(shí)重新進(jìn)行應(yīng)力評(píng)估。另外，復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造還對(duì)巷道服務(wù)期間的穩(wěn)定性提出了更高的要求，從這方面來(lái)看，復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造是影響巷道掘進(jìn)的最難點(diǎn)之一。

2) 支護(hù)方式問(wèn)題。巷道斷面形成后，采取合適的支護(hù)技術(shù)保持?jǐn)嗝娴拈L(zhǎng)期穩(wěn)定是決定礦井安全高效生產(chǎn)的重要技術(shù)途徑。合適的支護(hù)技術(shù)又包含主動(dòng)支護(hù)和被動(dòng)支護(hù)，支護(hù)技術(shù)和支護(hù)材料的選擇是影響支護(hù)效果的關(guān)鍵因素，錨網(wǎng)索、單體支柱、注漿支護(hù)等不同形式的選擇應(yīng)用，超前支護(hù)、補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)等不同支護(hù)方法需要根據(jù)巷道實(shí)際情況進(jìn)行評(píng)估。另外，巷道掘進(jìn)和支護(hù)設(shè)備之間還會(huì)存在相互影響，這需要結(jié)合地質(zhì)條件綜合評(píng)估，確定最合理的支護(hù)方案。

3 51010工作面高效掘進(jìn)技術(shù)研究

51010掘進(jìn)工作面掘進(jìn)工藝包括安全檢查、超前物探、割煤運(yùn)煤、臨時(shí)支護(hù)、永久支護(hù)、設(shè)備檢修等幾個(gè)主要步驟，其中超前物探、巷道支護(hù)是決定巷道成巷的關(guān)鍵工序。

1) 超前物探技術(shù)。51010工作面不存在上方補(bǔ)給水源，但會(huì)存在老舊巷道積水的影響，為此超前物探技術(shù)主要為確定巷道前方周?chē)鷰r體富水性，防止突水透水事故發(fā)生。根據(jù)掘進(jìn)工作面實(shí)際情況，采用瞬變電磁法進(jìn)行超前探測(cè)，探測(cè)范圍采用長(zhǎng)短探結(jié)合方式，由于巷道所在10號(hào)煤層與9號(hào)煤層相距較近，鉆孔設(shè)計(jì)時(shí)按照厚煤層規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。巷道沿10號(hào)煤層底板布置，超前鉆探鉆孔為水平面上呈扇形布置3個(gè)，向上布置1個(gè)探測(cè)9號(hào)煤層鉆孔，設(shè)計(jì)鉆孔深度為60 m，超前距離為30 m，允許掘進(jìn)30 m，根據(jù)井下實(shí)際情況本次設(shè)計(jì)鉆探控制幫距取20 m，如圖1所示。

為進(jìn)一步確保巷道掘進(jìn)進(jìn)程，在超前物探結(jié)束后，每次進(jìn)尺之前需要采用“短探短掘”方法對(duì)前方10 m距離內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行進(jìn)一步確定。如圖2所示，巷道迎頭短探鉆孔共布置4個(gè)，孔深為10 m，編號(hào)分別為1號(hào)～4號(hào)，其中1號(hào)、3號(hào)方位為267°，2號(hào)、4號(hào)方位為273°，1號(hào)、2號(hào)相對(duì)煤層傾角為14°，3號(hào)、4號(hào)相對(duì)煤層傾角為23°.每次鉆探前必須采用濕式打眼、降塵措施，迎頭10 m范圍內(nèi)還必須灑水降塵。

2) 巷道支護(hù)技術(shù)。在巷道開(kāi)始掘進(jìn)作業(yè)后，隨掘隨支作業(yè)同步進(jìn)行，臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)分別按照施工要求開(kāi)展。臨時(shí)支護(hù)以掘進(jìn)機(jī)機(jī)載超前支護(hù)為主，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)向前割一個(gè)正規(guī)循環(huán)即至距永久支護(hù)1.0 m時(shí)，停止掘進(jìn)，把機(jī)組開(kāi)關(guān)打在“閉鎖”位置，將機(jī)載超前支護(hù)打開(kāi)升起，同時(shí)配備4～6根DW32-25/100液壓?jiǎn)误w柱和便攜泵備用。

巷道永久支護(hù)采用錨網(wǎng)索支護(hù)，支護(hù)斷面如圖3所示，具體支護(hù)設(shè)計(jì)如下：頂錨桿采用規(guī)格為MG400D20 mm×2 200 mm的螺紋鋼錨桿，間排距1 000 mm×1 000 mm，每排4根；配套使用110 mm×110 mm×10 mm蝶形托盤(pán)帶減磨墊片和球形墊。使用1支CKb2335、1支K2360錨固劑，錨固劑長(zhǎng)度不小于900 mm，角錨桿角度75°，幫部錨桿規(guī)格為MG400D18 mm×2 000 mm的螺紋鋼錨桿，每排3根，間排距為1 000 mm×1 000 mm，配套110 mm×110 mm×10 mm蝶形托盤(pán)，減磨墊片和球形墊。使用K2360錨固劑1支，錨固劑長(zhǎng)度不小于600 mm.錨索采用規(guī)格為D17.8 mm×5 700 mm鋼絞線(xiàn)，配套使用250 mm×250 mm×16 mm鋼托盤(pán)，使用1支CKb2335和兩支K2360錨固劑，錨固劑長(zhǎng)度不小于1 600 mm，保證錨固到K2灰?guī)r不小于1 650 mm.頂網(wǎng)采用8號(hào)鉛絲規(guī)格為3 700 mm×1 200 mm菱形金屬網(wǎng)；幫網(wǎng)采用8號(hào)鉛絲規(guī)格為2 200 mm×1 200 mm菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)格50 mm×50 mm.網(wǎng)片搭接長(zhǎng)度100 mm，必須使用不低于14號(hào)的雙股鉛絲鏈接，鏈接點(diǎn)間距不大于200 mm，要求鏈接牢固，孔孔相連、雙絲雙扣、幫扎牢固，呈兩排“三花”布置，擰結(jié)量不得少于3圈。要求網(wǎng)片鋪設(shè)平整、緊貼巖面。鋼筋梯子梁：頂部采用規(guī)格為D14 mm×3 100 mm×80 mm鋼筋梯子梁,兩幫采用規(guī)格為D14 mm×2 100 mm×80 mm鋼筋梯子梁。

圖3 巷道錨網(wǎng)索支護(hù)方案(mm)

3) 特殊位置控制技術(shù)。巷道掘進(jìn)過(guò)程中，設(shè)備硐室和水倉(cāng)的穩(wěn)定是巷道掘進(jìn)的保障，所以需要分別設(shè)計(jì)支護(hù)方案。

絞車(chē)硐室規(guī)格為寬度3.0 m、深度3.0 m、高度2.4 m.頂錨桿選用D20 mm×2 200 mm螺紋鋼錨桿，角錨桿與頂板夾角為75°，間排距1 000 mm×1 000 mm，110 mm×110 mm×10 mm蝶形托板，減磨墊及半球墊，使用CKb2335、K2360錨固劑各1根，錨固長(zhǎng)度大于900 mm；頂錨索采用D17.8 mm×5 700 mm鋼絞線(xiàn)，在硐室正中布置1根，排距3 000 mm.幫錨桿選用D18 mm×2 000 mm螺紋鋼錨桿，間排距1 000 mm×1 000 mm，120 mm×120 mm×10 mm蝶形托板，減磨墊及半球墊，使用K2360錨固劑1根，錨固長(zhǎng)度不小于600 mm.

臨時(shí)水倉(cāng)規(guī)格為寬度3.0 m、高度2.4 m、入深4.0 m、臥底深1.5 m.頂板與幫部錨桿尺寸與規(guī)格、布置方式同絞車(chē)硐室支護(hù)參數(shù)一致。頂板和兩幫采用8號(hào)鉛絲菱形金屬網(wǎng)，規(guī)格3 200 mm×1 200 mm，采用4眼梯子梁，規(guī)格為3 100 mm×80 mm.

4 掘進(jìn)工作面實(shí)踐效果分析

為進(jìn)一步確定上述安全高效掘進(jìn)技術(shù)的可靠性，在掘進(jìn)工作面后方布置測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)錨桿索受力情況，同時(shí)采用“十字布點(diǎn)法”監(jiān)測(cè)巷道表面位移。從表面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，巷道圍巖兩幫移近趨勢(shì)隨著暴露時(shí)間增加而逐漸加大，在距離掘進(jìn)迎頭40 m左右，兩幫移近量達(dá)到最大值60 mm；頂板下沉量變化趨勢(shì)同兩幫移近量相似，但峰值滯后約30 m，峰值為80 mm，整個(gè)過(guò)程中，頂板下沉量值均大于兩幫移近量，但巷道圍巖整體位移保持穩(wěn)定距離較長(zhǎng)，不存在變形破壞的現(xiàn)象。從錨桿索受力監(jiān)測(cè)來(lái)看，隨著工作面的推進(jìn)，錨桿阻滯圍巖變形的周期越來(lái)越長(zhǎng)，但錨桿受力基本穩(wěn)定在60 kN；圍巖隨著掘進(jìn)工作不斷收斂，錨索受力逐漸增大，最終穩(wěn)定在200 kN，這表明錨桿、錨索受力均在額定承載范圍，隨著工作面的推進(jìn)，錨桿索控制圍巖變形的效果依然效果顯著。

5 結(jié) 語(yǔ)

復(fù)雜地質(zhì)條件下的51010掘進(jìn)工作面面臨地質(zhì)構(gòu)造和支護(hù)技術(shù)的雙重難點(diǎn)，采取有效的超前物探技術(shù)、有效支護(hù)技術(shù)和特殊工況控制技術(shù)是保證51010工作面安全高效快速掘進(jìn)成巷的重要途徑。通過(guò)工程實(shí)踐，51010掘進(jìn)面巷道控制效果良好，未發(fā)生變形破壞或突水涌水事故，給礦井安全生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。