韓天舒

(山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司,山西 保德 036000)

隨著大型、重載開(kāi)采設(shè)備的應(yīng)用推廣,為滿(mǎn)足井下通風(fēng)、運(yùn)輸?shù)男枰?采煤工作面切眼斷面呈不斷增加趨勢(shì),而一般的大斷面切眼是先掘進(jìn)小斷面導(dǎo)硐后刷擴(kuò)方式掘進(jìn),存在施工工序繁雜、工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、施工周期長(zhǎng)、支護(hù)材料消耗量大等問(wèn)題,同時(shí)二次刷擴(kuò)容易導(dǎo)致切眼圍巖變形量大,增大了圍巖控制難度[1-5]。大斷面切眼一次成巷有助于提升切眼施工效率和圍巖控制效果,在山西晉城、河南平頂山、陜西榆林等礦區(qū)均有成功的應(yīng)用案例[6-8]。本文以山西某礦2502工作面切眼掘進(jìn)為工程背景,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件提出通過(guò)一次成巷技術(shù)實(shí)現(xiàn)切眼快速施工,并對(duì)切眼掘進(jìn)工藝、圍巖支護(hù)方案等進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì),以期為其他礦井類(lèi)似情況提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

2502工作面設(shè)計(jì)走向、斜長(zhǎng)分別為1 105 m、260 m,采用綜采開(kāi)采工藝,全部垮落法管理頂板,采面回采的5號(hào)煤層賦存穩(wěn)定、煤層厚度均值為3.8 m,頂?shù)装鍘r性以灰?guī)r、細(xì)砂巖以及粉砂巖為主。2502工作面切眼設(shè)計(jì)跨度為9.2 m、巷高為3.8 m,埋深為380 m,采面上覆52 m為2302工作面采空區(qū),具體2502工作面切眼位置見(jiàn)圖1.根據(jù)回采巷道掘進(jìn)揭露及已有地質(zhì)資料,2502工作面回采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育,水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。2502工作面切眼原設(shè)計(jì)通過(guò)小斷面掘巷+巷幫刷擴(kuò)方式掘進(jìn),但采用此方式掘進(jìn)時(shí)存在施工程序復(fù)雜、浮煤清理難度大、需拆除輸送帶后重新鋪設(shè)等問(wèn)題,同時(shí)在切眼圍巖控制過(guò)程中容易出現(xiàn)圍巖變形量大的問(wèn)題。為此,結(jié)合2502工作面回采區(qū)域內(nèi)5號(hào)煤層賦存參數(shù)、頂?shù)装鍘r性,根據(jù)生產(chǎn)安排,提出在2502工作面切眼掘進(jìn)中采用一次成巷技術(shù)。

圖1 2502工作面切眼位置示意

2 切眼一次成巷技術(shù)應(yīng)用

2.1 切眼掘進(jìn)工藝

由于切眼斷面大,采用的EBZ200M-4掘進(jìn)一體機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)一次截割,同時(shí)為減少切眼掘進(jìn)期間圍巖變形量,提出在2502工作面切眼采用邁步式掘進(jìn)方式,即將掘進(jìn)迎頭劃分成A、B兩個(gè)區(qū)域,其中A區(qū)域掘?qū)挕⒕蚋叻謩e為5.0 m、3.8 m,B區(qū)掘?qū)?、掘高分別為4.2 m、3.8 m,邁步式掘進(jìn)示意見(jiàn)圖2.具體截割安排為:截割并支護(hù)B區(qū)—截割并支護(hù)A區(qū)—再次截割并支護(hù)A區(qū)—截割并支護(hù)B區(qū)—再次截割并支護(hù)B區(qū)—截割并支護(hù)A區(qū),如此循環(huán)直至切眼與回采巷道貫通,每次截割步距均為800 mm.具體切眼掘進(jìn)工藝為:

圖2 切眼邁步式掘進(jìn)示意(單位:mm)

1) 首先截割B區(qū)域內(nèi)煤體,一次截割寬度4.2 m,截割高度3.8 m,截割進(jìn)尺800 mm.截割完成后采用掘錨一體機(jī)按照設(shè)計(jì)的支護(hù)參數(shù)支護(hù)頂板及巷幫。

2) 完成B區(qū)域內(nèi)煤體截割及支護(hù)后進(jìn)行A區(qū)域煤體截割,一次截割寬度5.0 m,截割高度3.8 m,截割進(jìn)尺800 mm.截割后按照預(yù)先設(shè)計(jì)的支護(hù)參數(shù)完成A區(qū)域頂板及巷幫巖體支護(hù)。

3) 繼續(xù)進(jìn)行A區(qū)域內(nèi)煤體截割,一次截割寬度5.0 m,截割高度3.8 m,截割進(jìn)尺800 mm.然后按照預(yù)先設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)完成頂板及巷幫支護(hù)。

4) 完成A區(qū)域內(nèi)煤體截割后進(jìn)行B區(qū)域煤體截割,并進(jìn)行支護(hù),通過(guò)B、A區(qū)域邁步式截割實(shí)現(xiàn)大跨度切眼掘進(jìn)并降低切眼圍巖支護(hù)難度及圍巖變形量。

2.2 切眼圍巖支護(hù)

根據(jù)2502工作面切眼圍巖巖性以及以往大跨度切眼支護(hù)經(jīng)驗(yàn),切眼采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式并通過(guò)木垛強(qiáng)化頂板支護(hù),具體切眼支護(hù)斷面見(jiàn)圖3.

圖3 切眼支護(hù)斷面(單位:mm)

1) 頂板支護(hù)參數(shù)。B區(qū)頂板采用6根規(guī)格為Φ22 mm×2 600 mm的螺紋鋼錨桿、4根規(guī)格為Φ22 mm×7 300 mm的鋼絞線錨索、900 mm×2 800 mm的金屬網(wǎng)進(jìn)行支護(hù),錨桿及錨索布置間、排距分別為800 mm×800 mm和1 000 mm×800 mm;頂板6根錨桿采用六孔鋼帶(型號(hào)W280/3×4270-6)連接,錨桿及錨索均垂直頂板布置。

A區(qū)頂板采用與B區(qū)頂板規(guī)格一致的錨桿及錨索進(jìn)行支護(hù),在掘進(jìn)完成A區(qū)后鋪設(shè)規(guī)格為900 mm×2 800 mm的金屬網(wǎng)與B區(qū)頂板金屬網(wǎng)連接;A區(qū)頂板采用7根螺紋鋼錨桿、5根鋼絞線錨索支護(hù),錨桿及錨索間排距分別為800 mm×800 mm、1 000 mm×800 mm;頂板7根錨桿采用七孔鋼帶(型號(hào)W280/3×5070-7)連接,錨桿及錨索均垂直于頂板布置。

頂板錨桿用1支K2360加1支K2335樹(shù)脂錨固劑錨固,錨索用3支K2360加1支K2335樹(shù)脂錨固劑錨固。

2) 巷幫支護(hù)參數(shù)。在切眼進(jìn)行邁步式掘進(jìn)區(qū)間,由于A區(qū)和B區(qū)間巷幫在短時(shí)間內(nèi)就需要截割,同時(shí)考慮5號(hào)煤層賦存穩(wěn)定、煤體穩(wěn)定性較強(qiáng)的特點(diǎn),對(duì)A區(qū)和B區(qū)間巷幫不進(jìn)行支護(hù)。由于A區(qū)靠近采面,B區(qū)靠近煤柱,因此在A區(qū)采面幫即A區(qū)右?guī)?B區(qū)煤柱幫即B區(qū)左幫分別采用玻璃鋼錨桿、螺紋鋼錨桿進(jìn)行支護(hù)。支護(hù)采用的玻璃鋼錨桿規(guī)格為Φ24 mm×2 600 mm、螺紋鋼錨桿規(guī)格為Φ22 mm×2 600 mm,巷幫一排布置6根錨桿,其中上部的5根錨桿間距、排距均為800 mm×800 mm,巷幫靠近頂板的錨桿有30°外插角;在巷幫靠近底板300 mm位置布置1根錨桿,錨桿有30°外插角。

3) 頂板木垛補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。在A區(qū)及B區(qū)距離左右兩幫各1 400 mm位置處采用木垛進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù),木垛采用規(guī)格為1 200 mm×220 mm×220 mm的枕木堆砌而成,木垛間隔為5 m.木垛架設(shè)滯后掘進(jìn)迎頭距離在25 m以?xún)?nèi),木垛間相鄰的枕木應(yīng)固定牢固,靠近頂板的枕木通過(guò)木鍥子來(lái)確保與頂板接觸密實(shí)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

2502工作面切眼采用邁步式掘進(jìn)方式,即通過(guò)A區(qū)、B區(qū)分次截割,可將截割斷面縮小至EBZ200M-4掘進(jìn)一體機(jī)一次截割范圍內(nèi),降低截割風(fēng)險(xiǎn),并通過(guò)縮小一次截割面積降低頂板支護(hù)難度。切眼頂板綜合采用錨網(wǎng)索方式進(jìn)行支護(hù),并通過(guò)木垛方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后,2502工作面切眼掘進(jìn)進(jìn)尺速度達(dá)到了10.4 m/d,耗時(shí)25 d即完成了切眼掘進(jìn)。在2502工作面切眼掘進(jìn)期間布置測(cè)點(diǎn)對(duì)圍巖變形量進(jìn)行了監(jiān)測(cè),具體監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖4.

圖4 圍巖變形曲線

從監(jiān)測(cè)結(jié)果看出,2502工作面切眼支護(hù)完成后,圍巖變形量在短時(shí)間內(nèi)即趨于穩(wěn)定,其中切眼頂?shù)装?、兩幫變形量最大值分別為58 mm、53 mm,圍巖變形量在允許范圍內(nèi),表明現(xiàn)場(chǎng)使用的支護(hù)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)大斷面切眼圍巖變形的有效控制,為后續(xù)采面開(kāi)采設(shè)備安裝創(chuàng)造了良好條件。

4 結(jié) 語(yǔ)

為實(shí)現(xiàn)2502工作面切眼快速掘進(jìn),為采面回采贏取時(shí)間,提出將一次成巷技術(shù)應(yīng)用到切眼施工中。由于切眼斷面大,為滿(mǎn)足EBZ200M-4掘進(jìn)一體機(jī)掘進(jìn)需要減少掘進(jìn)圍巖支護(hù)難度,將切眼分為A、B兩個(gè)區(qū)域并通過(guò)左右邁步式截割方式實(shí)現(xiàn)成巷。切眼頂板采用錨網(wǎng)索+木垛方式進(jìn)行支護(hù),巷幫則采用錨網(wǎng)方式進(jìn)行支護(hù)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后,2502工作面切眼掘進(jìn)進(jìn)尺速度達(dá)到了10.4 m/d,耗時(shí)25 d即完成了切眼掘進(jìn),期間未出現(xiàn)頂板冒落、變形量大、巷幫片幫等問(wèn)題。切眼頂?shù)装?、巷幫最大變形量分別控制在58 mm、53 mm以?xún)?nèi),圍巖變形量整體較小,可滿(mǎn)足煤炭開(kāi)采設(shè)備后續(xù)安裝需要。