張 強

（陜西彬長大佛寺礦業(yè)有限公司，陜西 咸陽 713500）

隨著煤礦機械化程度的增加，每年消耗的巷道也在不斷增加[1-2]。巷道的掘進(jìn)、支護、充填等需要大量人力物力去維護。且巷道使用周期普遍較短，需要提高巷道的使用率[3-4]。以大佛寺礦掘進(jìn)工作面為例，巷道為半煤巖巷、巖巷，施工工期長、進(jìn)度慢[5]，嚴(yán)重制約了工作面的形成時間和礦井接續(xù)，因此針對工作面外圍系統(tǒng)的優(yōu)化亟待解決。結(jié)合礦井實際，設(shè)計巷道支護及外圍復(fù)用方案，為煤礦工作面改善提供一種思路。

1 地質(zhì)構(gòu)造

大佛寺礦40103 工作面主采4 煤，4 煤為黑色，半亮型，瀝青光澤，層狀構(gòu)造，條帶狀結(jié)構(gòu)，貝殼狀或階梯狀斷口，硬度相對較大，普氏硬度系數(shù)2～3。工作面內(nèi)煤層厚度14～16 m，平均煤厚15 m，屬穩(wěn)定厚、特厚煤層。煤層結(jié)構(gòu)簡單，局部含0～2層夾矸，大部分不含夾矸，巖性多為碳質(zhì)泥巖。煤層?xùn)|厚西薄，平均傾角2°～7°30′，煤層賦存較為穩(wěn)定。

直接頂多為泥巖，淺灰色，具水平紋理，含黃鐵礦結(jié)核和植物化石，厚度平均1.98 m，抗壓強度24.6 MPa，軟化系數(shù)0.4，屬于易冒落半堅硬不穩(wěn)定型；基本頂主要為粉砂巖，淺灰～灰白色，平均厚度8.34 m，抗壓強度63.76 MPa，軟化系數(shù)0.50，屬于半堅硬較穩(wěn)定型；4 煤直接底多為鋁土質(zhì)泥巖，褐灰色，光滑細(xì)膩，厚層狀，含鮞粒，遇水極易軟化，易膨脹，厚度平均7.29 m，其抗壓強度29.4 MPa，軟化系數(shù)0～0.15，屬于不堅硬不穩(wěn)定型。

2 相鄰工作面復(fù)用外圍系統(tǒng)

2.1 巷道布置

根據(jù)大佛寺礦掘進(jìn)工作面實際情況，外圍系統(tǒng)設(shè)計長度在250～300 m，較長的達(dá)到350 m，巷道為半煤巖巷或巖巷，施工工期普遍在2～3 個月，施工進(jìn)度慢、工期長，嚴(yán)重制約了工作面的形成時間和礦井接續(xù)。為解決礦井接續(xù)緊張，降低萬噸掘進(jìn)率，延長工作面治災(zāi)抗災(zāi)時間，減少矸石產(chǎn)出量，提升掘進(jìn)工效，因此復(fù)用相鄰工作面外圍系統(tǒng)，具體如下。

40103 綜放工作面設(shè)計過程中，回順風(fēng)橋巷道對應(yīng)膠帶巷為4 煤膠帶大巷二部機頭硐室，40103回順風(fēng)橋過巷難度較大，因此40103 回順外圍系統(tǒng)掘進(jìn)過程中，通過復(fù)用40104 回順外圍系統(tǒng)中回聯(lián)及風(fēng)橋段，只掘進(jìn)67 m 回風(fēng)通道，從而形成40103回順外圍系統(tǒng)，少掘進(jìn)巷道188 m，優(yōu)化了回順外圍系統(tǒng)設(shè)計。40103 回順外圍系統(tǒng)掘進(jìn)如圖1。

圖1 40103 回順外圍系統(tǒng)復(fù)用示意圖

相鄰工作面外圍系統(tǒng)復(fù)用，40203 工作面相鄰40201 工作面，根據(jù)彬長公司規(guī)定，回采工作面運順必須設(shè)計在實煤體側(cè)，因此40203 回順與40201回順相鄰，40201 工作面回采結(jié)束后，40203 回順直接從40201 回順三岔口向里拐彎掘進(jìn)，減少巷道進(jìn)尺275 m；40203 工作面回采結(jié)束，40205 回順從40203 運順三岔口向里拐彎掘進(jìn)，減少巷道進(jìn)尺275 m。對翼工作面溜煤眼復(fù)用。41201 工作面位于412 采區(qū)北翼，運順溜煤眼深度19.6 m，采用混凝土澆筑，凈直徑2.5 m；40204 工作面位于402 采區(qū)南翼，通過設(shè)計與41201 運順在同一經(jīng)緯度。

2.2 支護設(shè)計

40103 回順回風(fēng)通道采用直墻半圓拱斷面，40103 回順采用矩形斷面。回順回風(fēng)通道掘?qū)?500 mm，掘高3500 mm，掘斷面積13.57 m2?；仨樉?qū)?600 mm，掘高3500 mm，掘斷面積19.6 m2。

巷道毛水溝400 mm×500 mm，水溝采用風(fēng)鎬施工，煤矸上皮帶系統(tǒng)運輸，水溝滯后工作面不能超過45 m。巷道斷面特征見表1。

表1 巷道斷面特征表

巷道臨時支護采用移溜器對頂板進(jìn)行臨時支護，永久支護采用金屬螺紋鋼錨桿+鋼帶+金屬網(wǎng)+錨索進(jìn)行聯(lián)合支護。三岔口至40103 回順停采線斷面支護如圖2。

圖2 三岔口至40103 回順停采線斷面支護（mm）

三岔口至停采線段93 m、回風(fēng)通道外段22 m 處回順通道，具體支護參數(shù)：巷道為矩形斷面，掘?qū)?.6 m，掘高3.5 m，頂板采用金屬螺紋鋼錨桿配以鋼帶、金屬網(wǎng)及錨索支護。錨桿規(guī)格為Ф22 mm×2500 mm，矩形布置，間排距700 mm×800 mm， 每 根 使 用1 支MSK23/35 型錨固劑和2 支MSZ23/35 型錨固劑；錨索采用規(guī)格為Ф21.8 mm×7100 mm 鋼絞線，每排3 根，間排距1750 mm×800 mm，每根錨索使用1 支MSK23/35 型和3 支MSZ23/35 型樹脂錨固劑。幫部采用Ф22 mm×2500 mm 錨桿配金屬網(wǎng)及異形鋼帶支護，間排距800 mm×800 mm，每根使用1支MSK23/35 型和2 支MSZ23/35 型樹脂錨固劑。鋼帶為BHW-280-3.0-5 100 型，孔距700 mm。異形鋼帶寬80 mm，孔距800 mm。頂部錨索設(shè)計外露長度（200±50）mm，幫部錨索設(shè)計外露長度（150±50）mm。錨桿外露長度設(shè)計（25±15）mm。錨索托盤采用Q235 蝶形托盤配合導(dǎo)向環(huán)使用，蝶形托盤規(guī)格為300 mm×300 mm×16 mm。錨桿配套鐵托板采用國家標(biāo)準(zhǔn)的Q235 鋼托板，規(guī)格為150 mm×150 mm×12 mm。金屬網(wǎng)為Φ6 mm 鋼筋制成，金屬網(wǎng)規(guī)格為1000 mm×2500 mm，網(wǎng)孔規(guī)格100 mm×100 mm，均要求壓茬一個網(wǎng)格。聯(lián)網(wǎng)時采用14#鐵絲雙股，每隔200 mm 雙排綁扎。

40103 工作面停采線至切眼（長度1768 m）支護參數(shù)：巷道為矩形斷面，掘?qū)?.6 m，掘高3.5 m，頂板采用金屬螺紋鋼錨桿配以鋼帶、金屬網(wǎng)及錨索進(jìn)行支護。錨桿規(guī)格為Ф22 mm×2500 mm，間排距1400 mm×800 mm，每根使用1 支MSK23/35 型錨固劑和2 支MSZ23/35 型錨固劑；錨索采用Ф21.8 mm×7100 mm 鋼絞線，間隔布置，間排距1400 mm×800 mm，每根錨索使用1 支MSK23/35 型和3 支MSZ23/35 型樹脂錨固劑。幫部采用錨桿、錨索配菱形網(wǎng)及異形鋼帶支護。錨桿規(guī)格Ф22 mm×2500 mm，菱形布置，間排距1600 mm×800 mm，錨索規(guī)格Ф18.9 mm×3500 mm，菱形布置，間排距1600 mm×800 mm，每根使用1支MSK23/35 型和2 支MSZ23/35 型樹脂錨固劑。鋼帶為BHW-280-3.0-5100 型，孔距700 mm，異形鋼帶寬80 mm，孔距800 mm。頂部錨索設(shè)計外露長度（200±50）mm，幫部錨索設(shè)計外露長度（150±50）mm，錨桿外露長度設(shè)計（25±15）mm。錨索托盤采用Q235 蝶形托盤配合導(dǎo)向環(huán)使用，蝶形托盤規(guī)格為300 mm×300 mm×16 mm。錨桿配套鐵托板采用國家標(biāo)準(zhǔn)的Q235 鋼托板，規(guī)格為150 mm×150 mm×12 mm。金屬網(wǎng)為Φ6 mm 鋼筋制成，金屬網(wǎng)規(guī)格為1000 mm×2500 mm，網(wǎng)孔規(guī)格100 mm×100 mm。菱形網(wǎng)為12#鐵絲編制而成，網(wǎng)幅1000 mm×10 000 mm，網(wǎng)孔50 mm×50 mm，均要求壓茬一個網(wǎng)格。聯(lián)網(wǎng)時采用14#鐵絲雙股，每隔200 mm 雙排綁扎。40103 回順停采線至切眼支護示意圖如圖3。

圖3 40103 回順停采線至切眼支護示意圖（mm）

40103 回風(fēng)通道頂板及幫部采用金屬螺紋鋼錨桿配以菱形網(wǎng)及錨索進(jìn)行支護。錨桿規(guī)格均為Φ22 mm×2500 mm，矩形布置，間排距800 mm×800 mm；錨索采用Φ21.8 mm×7100 mm 鋼絞線，矩形布置，間排距 1600 mm×1600 mm（每2 排3 根）。錨桿每根使用1 支MSK23/35 樹脂藥卷和2 支MSK23/35 樹脂藥卷，錨索每根使用1 支MSK23/35樹脂藥卷和3 支MSZ23/35 樹脂藥卷。錨桿預(yù)緊力矩為300 N·m，錨固力為100 kN；錨索預(yù)緊力為220 kN，錨固力為250 kN。頂部錨索設(shè)計外露長度（200±50）mm，幫部錨索設(shè)計外露長度（150±50）mm，錨桿外露長度設(shè)計（25±15）mm。金屬網(wǎng)為Φ6 mm 鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)幅1000 mm×2500 mm，網(wǎng)孔100 mm×100 mm。菱形網(wǎng)為12#鐵絲編制菱形網(wǎng)，網(wǎng)幅1000 mm×10 000 mm，網(wǎng)孔50 mm×50 mm。錨桿托板規(guī)格150 mm×150 mm×12 mm，錨索碟形托板規(guī)格300 mm×300 mm×16 mm，每個錨索托盤配一個調(diào)心球墊使用。聯(lián)網(wǎng)時采用14#鐵絲雙股，每隔200 mm 雙排綁扎。40103 回風(fēng)通道斷面支護如圖4。

圖4 40103 回風(fēng)通道斷面支護（mm）

2.3 支護工藝

1）臨時支護

采用移溜器對頂板進(jìn)行臨時支護。移溜器個數(shù)為2，型號為YT4-8A，活塞桿全部伸出時最大高度1855 mm，額定推力39.2 kN。為了使移溜器更好地適應(yīng)巷道，對移溜器進(jìn)行了改造。改造方式：移溜器活塞桿上套一個1300 mm 長DN70 焊管，活塞桿頂端伸進(jìn)管內(nèi)200 mm。焊管頂端安裝一塊150 mm×150 mm×10 mm 厚鋼板，與活塞桿頂端以鉸接方式連接，確保鋼板有一定的旋轉(zhuǎn)自由度。鋼板上方焊接1 根1 m 長B19 六方鉆桿，兩側(cè)各伸出500 mm。鋼板四角焊接爪釘，確保與頂板接觸緊實不打滑。改造后移溜器最小高度2200 mm，最大高度3100 mm，行程800 mm。焊管長度可根據(jù)巷道高度自行調(diào)整。

支護順序：綜掘機截割或爆破后，適當(dāng)出煤，確保移溜器支撐處頂板至浮渣面高度不小于2.6 m；由經(jīng)驗豐富的老工人進(jìn)行敲幫問頂；將準(zhǔn)備好的鋼筋網(wǎng)運至迎頭，并與頂板迎頭網(wǎng)片進(jìn)行簡單壓茬連接，聯(lián)網(wǎng)間距可放大至400 mm；接著安裝移溜器，并操作移溜器油缸手把升起活塞桿支撐頂板，升啟活塞桿的同時將網(wǎng)片頂起。支撐到位后用防倒鉤將焊管頂端掛在已支護完好的網(wǎng)片上；按照作業(yè)規(guī)程或措施要求進(jìn)行錨網(wǎng)永久支護；每排永久支護結(jié)束后方可拆除臨時支護，拆除時先卸壓，再摘掉放倒鉤；最后在其他作業(yè)人員的配合下緩緩將移溜器拆除、放倒在地上。每排支護均按此程序進(jìn)行臨時支護。

支護標(biāo)準(zhǔn)：每排安裝2 個移溜器，左右各1 個，距巷道中線均為1 m；焊管頂部超前最后一排錨桿不超過1 m（排距0.8 m）或1.2 m（排距1 m）；當(dāng)頂板不平時可適當(dāng)調(diào)整移溜器支撐位置；移溜器不能打在實底上時要加墊木托板，木托板應(yīng)與移溜器垂直，每次只能加墊一塊木托板；使用移溜器時應(yīng)與頂板垂直，偏差不超過15°，沿斷面左右兩側(cè)偏差不超過5°；支柱初撐力以“焊管不彎，底端不陷、手搖不晃”為標(biāo)準(zhǔn)。

2）永久支護

割煤施工后及時進(jìn)行全面敲幫問頂→臨時支護→施工頂部錨桿→安裝好錨桿→進(jìn)行頂錨索、幫錨桿永久支護。

具體錨桿安裝步驟：每班作業(yè)人員進(jìn)入掘進(jìn)迎頭前，應(yīng)進(jìn)行安全檢查、設(shè)備檢查與維護、物料準(zhǔn)備等工作，特別對支護材料進(jìn)行嚴(yán)格驗收，不合格材料嚴(yán)禁使用；安裝錨桿前將眼孔內(nèi)煤巖粉清理干凈，確保錨固劑與錨桿眼壁能夠良好接觸；送樹脂藥卷：向錨桿孔裝入規(guī)定樹脂藥卷，用錨桿慢慢將藥卷送入眼底，快速在里面，中速在外面；攪拌樹脂藥卷：用攪拌接頭將錨桿機和錨桿螺母連接起來，開動錨桿機使錨桿升至眼底時，停止升錨桿機，攪拌30～45 s 停機，待中速錨固劑凝固（約480 s）后再次啟動錨桿機旋轉(zhuǎn)推進(jìn)；將螺母定位銷破開，使托盤錨網(wǎng)壓緊巖面；最后，人工用自制加長力矩扳手二次緊固；力矩扳手檢查及擰緊。

送樹脂藥卷：向錨索孔裝入1 支MSK23/35 和3 支MSZ23/35 型藥卷，用錨索慢慢將藥卷送入眼底，快速在里面，中速在外面；之后，攪拌樹脂藥卷：用攪拌接頭將錨桿機和錨索連接起來，開動錨桿機使錨桿升至眼底時，停止升錨桿機，開動錨桿機攪拌，攪拌應(yīng)由慢到快，推入孔底50 s 時停止攪拌，此時還需用錨索機頂住錨索約1 min 后，方能放下錨索機；最后，張拉：待樹脂凝固后取出攪拌器，半小時后上槽鋼及鎖具，用風(fēng)動張拉機對錨索進(jìn)行張拉。

3 礦壓監(jiān)測及效益分析

3.1 礦壓監(jiān)測

如圖5 所示，在工作推進(jìn)的過程中，巷道兩側(cè)和頂部的移動變化趨勢大致相同。然而，由于地質(zhì)條件、巷道跨度和支撐強度等因素的不同影響，沿著空隙不同的位置，表面的移動變化表現(xiàn)出明顯的差異。例如，距開切眼356 m 時圍巖的頂部和底部移動量最大達(dá)到了235 mm，而距開切眼147 m 時頂?shù)装宓囊苿恿孔畲鬄?19 mm。同樣，距開切眼356 m 時圍巖兩側(cè)的移動量最大達(dá)到了313 mm，而距開切眼147 m 時斷面兩側(cè)的移動量最大為281 mm。另外巷道變形主要集中于采掘影響區(qū)域，且隨時間推移逐漸降低，最后趨于穩(wěn)定。在該支護方式下礦壓穩(wěn)定在合理范圍內(nèi)。

圖5 巷道圍巖收斂變形監(jiān)測

3.2 效益分析

巷道外圍系統(tǒng)復(fù)雜，月進(jìn)度較低，減少外圍系統(tǒng)施工，工作面內(nèi)圈系統(tǒng)形成時間縮短1～2 個月，為工作面災(zāi)害治理提供可靠保障。每年復(fù)用兩條外圍系統(tǒng)，減少巷道進(jìn)尺約550 m，降低萬噸掘進(jìn)率約3.2%。順槽外圍系統(tǒng)巷道多為巖巷及半煤巖巷，減少外圍系統(tǒng)施工，降低矸石產(chǎn)量，實現(xiàn)綠色開采，減少礦區(qū)環(huán)境污染，避免矸石外運污染社會環(huán)境。按照平均巷道斷面為18.9 m2，巖巷長度200 m 計算，兩條巷道減少矸石產(chǎn)量200 m×18.9 m2×2.6 t/m3×2=19 656 t。通過外圍系統(tǒng)復(fù)用，每年減少掘進(jìn)進(jìn)尺550 m，每米延米單價9850 元（材料費、人工費、社保、電費），節(jié)約費用550×9850=541.75 萬元；每年減少矸石產(chǎn)量1.96 萬t，處理矸石每噸費用13元，節(jié)約費用1.96×13=25.48 萬元；合計節(jié)約費用567.23 萬元。

4 結(jié)論

1）根據(jù)大佛寺煤礦地質(zhì)特點設(shè)計了支護方式。錨索網(wǎng)巷道臨時支護，采用移溜器對頂板進(jìn)行臨時支護；永久支護采用金屬螺紋鋼錨桿配以鋼帶、金屬網(wǎng)及錨索進(jìn)行支護。

2）在工作推進(jìn)的過程中，巷道兩側(cè)和頂部的移動變化趨勢大致相同。然而，由于地質(zhì)條件、巷道跨度和支撐強度等因素的不同影響，沿著空隙不同的位置，表面的移動變化表現(xiàn)出明顯的差異。礦壓總體穩(wěn)定在合理范圍內(nèi)。

3）通過復(fù)用外圍系統(tǒng)，工作面內(nèi)圈系統(tǒng)形成時間縮短1～2 個月。每年復(fù)用兩條外圍系統(tǒng)，掘進(jìn)及矸石處理共節(jié)約567.23 萬元。