馮開(kāi)輝

（汾西礦業(yè)集團(tuán)高陽(yáng)煤礦，山西 孝義 032300）

隨著淺部煤炭資源的逐漸枯竭，礦井開(kāi)始向深部開(kāi)采，煤層賦存地質(zhì)條件更趨復(fù)雜，井下巷道掘進(jìn)過(guò)程中揭露斷層、褶曲以及陷落柱等構(gòu)造更為頻繁[1-3]。當(dāng)回采巷道揭露陷落柱時(shí)，為避免巷道拐彎給后續(xù)通風(fēng)、運(yùn)輸以及煤炭回采影響，一般按照原設(shè)計(jì)直接掘進(jìn)通過(guò)陷落柱。巷道掘進(jìn)過(guò)陷落柱期間存在掘進(jìn)難度大、巷道圍巖控制困難等問(wèn)題[4-7]。為此，以山西某礦30506 運(yùn)輸巷掘進(jìn)過(guò)X32 陷落柱為工程背景，對(duì)巷道以及支護(hù)方式進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了安全高效掘進(jìn)過(guò)陷落柱。

1 工程概況

30506 運(yùn)輸巷沿著5#煤層底板掘進(jìn)，巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)長(zhǎng)度698 m，巷道寬度為4.4 m、高度3.0 m。5#煤層賦存較為穩(wěn)定，煤層厚度均值3.0 m，傾角6°，基本頂為粉砂巖、直接頂為砂質(zhì)泥巖?，F(xiàn)階段30506 運(yùn)輸巷已掘進(jìn)308 m。

根據(jù)已有物探以及鉆探資料顯示，30506 運(yùn)輸巷掘進(jìn)至330 m 時(shí)會(huì)揭露有X32 陷落柱，該陷落柱不含水且不具備導(dǎo)水性，陷落柱在水平面上呈橢圓形，長(zhǎng)軸、短軸長(zhǎng)分別為59 m、32 m，預(yù)計(jì)影響巷道掘進(jìn)施工長(zhǎng)度為48 m。陷落柱內(nèi)充填物主要為煤、石灰?guī)r、砂巖等，充填物呈現(xiàn)強(qiáng)度高、穩(wěn)定性及膠結(jié)性較差特點(diǎn)，巖體呈破碎狀。

2 巷道掘進(jìn)過(guò)陷落柱存在問(wèn)題分析

2.1 掘進(jìn)工藝問(wèn)題分析

以往巷道采用型號(hào)EBZ150 綜掘機(jī)掘進(jìn)，在巷道掘進(jìn)期間巖層硬度系數(shù)f＜6 以下時(shí)，綜掘機(jī)可直接截割；若巖層硬度系數(shù)f＞6 時(shí)則需要采用松動(dòng)爆破方式輔助破巖，后通過(guò)綜掘機(jī)修整巷道斷面。EBZ150綜掘機(jī)本身功率較低，在正常破煤時(shí)可實(shí)現(xiàn)高效掘進(jìn)，但是由于X32 陷落柱內(nèi)充填有石灰?guī)r、砂巖，雖然破碎但是EBZ150 綜掘機(jī)破巖時(shí)常出現(xiàn)卡阻問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致液壓系統(tǒng)油溫增高甚至出現(xiàn)液壓管路爆管問(wèn)題。后期雖然采用爆破方式輔助掘進(jìn)，但是爆破期間矸石迸濺，容易給掘進(jìn)迎頭機(jī)電設(shè)備以及管線等造成損壞。30506 運(yùn)輸巷掘進(jìn)過(guò)陷落柱期間面臨掘進(jìn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大以及掘進(jìn)工藝復(fù)雜等問(wèn)題。

2.2 支護(hù)存在問(wèn)題分析

30506 運(yùn)輸巷采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式，支護(hù)參數(shù)在正常條件下可保持圍巖穩(wěn)定，但是巷道掘進(jìn)過(guò)陷落柱期間由于頂板、巷幫均為破碎混合巖體，穩(wěn)定性較差加之錨桿錨固段位于破碎巖體內(nèi)，圍巖控制效果較差。

巷幫上部錨桿與頂板間距為500 mm、頂板錨桿與巷幫間距為400 mm，巷道頂板與巷幫交匯位置的三角區(qū)域存在支護(hù)強(qiáng)度低問(wèn)題，容易出現(xiàn)垮落。運(yùn)輸巷寬度為4.4 m，巷道寬度大，在過(guò)陷落柱期間頂板在應(yīng)力作用下下沉嚴(yán)重；巷道頂板原采用的W 鋼帶、錨桿及錨索對(duì)破碎頂板巖層控制效果差。

3 巷道掘機(jī)過(guò)陷落柱掘進(jìn)及支護(hù)優(yōu)化

3.1 改進(jìn)掘進(jìn)工藝

在30506 運(yùn)輸巷掘進(jìn)過(guò)X32 陷落柱期間采用炮掘方式存在工藝繁瑣、效率低以及巷道掘進(jìn)速度慢等問(wèn)題。為此，提出使用機(jī)械化掘進(jìn)帶來(lái)炮掘方式過(guò)陷落柱，具體將布置在1305 巷內(nèi)的EBZ260 綜掘機(jī)調(diào)至30506 運(yùn)輸巷內(nèi)進(jìn)行破巖，EBZ260 綜掘機(jī)具有破巖能力強(qiáng)、功率高以及適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在運(yùn)輸巷掘進(jìn)過(guò)X32 陷落柱期間采用EBZ260 綜掘機(jī)即可滿足破巖、裝矸需要，不需要額外適用炮掘輔助掘進(jìn)，巷道掘進(jìn)效率顯著提升。

3.2 優(yōu)化巷道支護(hù)方式

為確保運(yùn)輸巷過(guò)陷落柱期間圍巖穩(wěn)定，提出采用注漿+鋼棚（L 型）+梯子梁方式對(duì)圍巖進(jìn)行控制。

3.2.1 圍巖注漿

在巷道掘進(jìn)至陷落柱時(shí)即在掘進(jìn)迎頭施工注漿鉆孔，其中頂板注漿鉆孔3 個(gè)、巷幫注漿鉆孔2 個(gè)（兩幫各1 個(gè)）。頂板注漿鉆孔布置在距離頂板下方1.0 m位置，鉆孔孔徑42 mm、仰角30°，孔深以及間距分別為5 000 mm、1 500 mm；巷幫鉆孔布置在頂板下方1 500 mm 位置，孔深均為5 000 mm，間距為3 000 mm，朝掘進(jìn)方向施工并與巷幫有30°夾角。

注漿鉆孔施工完成后，采用高壓泵進(jìn)行注漿，注漿漿液為馬麗散，注漿壓力為1.5 MPa 以上。當(dāng)巷幫出現(xiàn)注漿漿液外溢時(shí)即停止注漿。注漿完成2 h 后方可進(jìn)行巷道掘進(jìn)工作，單次注漿允許掘進(jìn)3.0 m。

3.2.2 鋼棚架設(shè)

在過(guò)陷落柱期間在巷幫架設(shè)L 型鋼棚，鋼棚結(jié)構(gòu)包括頂梁、棚腿以及底座，采用的頂梁長(zhǎng)1 500 mm、棚腿長(zhǎng)3 000 mm，在頂梁上預(yù)留有30 mm 圓孔。鋼棚架設(shè)棚距為1 000 mm。鋼架棚腿采用地錨固定牢固，在巷幫施工2 根1 000 mm 長(zhǎng)錨桿并通過(guò)抱箍將棚腿與巷幫緊密固定。棚腿固定好后，在頂板施工螺紋鋼錨桿（長(zhǎng)2 000 mm），錨桿穿過(guò)頂梁圓孔后通過(guò)螺母、鋼方墊確保頂梁緊貼頂板。施加到頂錨桿上預(yù)緊力在200 N·m。頂梁與頂板固定牢固后采用卡纜與棚腿緊固連接。

3.3 梯子梁安裝

在運(yùn)輸巷過(guò)陷落柱期間采用梯子梁強(qiáng)化頂板支護(hù)，具體采用的梯子梁結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。具體由6 根Φ20 mm×4 200 mm 圓鋼、3 根Φ18.6 mm×8 300 mm高預(yù)緊力錨索、3 根JW 鋼帶（500 mm×280 mm）、4 根夾板以及若干圓鋼托盤構(gòu)成。在巷道過(guò)陷落柱使用完成2 排永久支護(hù)后，在鄰近永久支護(hù)間安裝一組梯子梁、梁間距1 000 mm，鄰近梯子梁間使用長(zhǎng)1 000 mm圓鋼托盤連接。

圖1 梯子梁結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

梯子梁采用3 根錨索固定到頂板上，錨索間距為1 500 mm，梯子梁間圓鋼間隔80 mm 布置，安裝的梯子梁寬度共計(jì)500 mm。錨索采用JW 鋼帶緊固梯子量，錨索施工完畢后施加的預(yù)緊力在233 kN 以上。

3.4 應(yīng)用效果分析

在運(yùn)輸巷掘進(jìn)過(guò)陷落柱期間EBZ260 綜掘機(jī)破巖，巷道掘進(jìn)效率明顯提升。巷道綜合掘進(jìn)進(jìn)尺由2.0 m/d 提升至5.0 m/d，掘進(jìn)速度增幅達(dá)到150%。同時(shí)掘進(jìn)過(guò)程中取消炮掘作業(yè)，不僅可減少掘進(jìn)給圍巖擾動(dòng)而且避免放炮帶來(lái)的各種弊端。

巷道過(guò)陷落柱期間采用注漿+鋼棚（L 型）+梯子梁方式對(duì)圍巖支護(hù)后，巷道圍巖支護(hù)強(qiáng)度顯著增加，可適應(yīng)破碎圍巖控制需要。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)頂板、巷幫最大變形量分別控制在28 mm、12 mm 以內(nèi)，圍巖控制效果明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

30506 運(yùn)輸巷掘進(jìn)前方存在X32 陷落柱，陷落柱內(nèi)充填物為破碎且堅(jiān)硬的砂巖、石灰?guī)r。巷道掘進(jìn)過(guò)陷落柱期間若采用炮掘+EBZ160 方式存在掘進(jìn)效率低、工藝繁瑣等問(wèn)題；同時(shí)巷道采用的支護(hù)工藝也無(wú)法有效控制圍巖變形。

針對(duì)巷道掘進(jìn)以及陷落柱賦存特點(diǎn)，提出采用EBZ260 綜掘機(jī)破巖，采用注漿+鋼棚（L 型）+梯子梁控制陷落柱內(nèi)破碎圍巖，并依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)巷道支護(hù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，巷道掘進(jìn)過(guò)陷落柱期間保持5.0m/d 掘進(jìn)速度，同時(shí)圍巖變形量較小。采用的掘進(jìn)以及支護(hù)方案實(shí)現(xiàn)了安全快速過(guò)X32 陷落柱。