掘進(jìn)巷道快速過陷落柱施工工藝研究

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［摘要］針對(duì)井下掘進(jìn)巷道在遭遇陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造時(shí)采用爆破掘進(jìn)工效低、人員勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題，結(jié)合常村煤礦東翼膠帶運(yùn)輸巷揭露的實(shí)際地質(zhì)情況，對(duì)巷道原有的施工工藝和支護(hù)方式存在的問題進(jìn)行研究分析，制定一系列有針對(duì)性的技術(shù)措施，從而提高巷道過陷落柱時(shí)的掘進(jìn)效率，同時(shí)支護(hù)效果得到明顯改善?，F(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明：采用制定的一系列綜合技術(shù)措施后，巷道掘進(jìn)日進(jìn)尺由2m提高到了5m，巷道頂板下沉量<200mm，巷道兩幫移近量<300mm，巷道整體支護(hù)效果良好。

［關(guān)鍵詞］陷落柱；錨網(wǎng)支護(hù)；壁后注漿；動(dòng)態(tài)監(jiān)測

1工作面概況

常村煤礦主采煤層為二1煤層，平均煤層厚度5.5m。東翼膠帶運(yùn)輸巷位于常村煤礦13采區(qū)東翼，巷道地面標(biāo)高+539.7～+575.9m，井下標(biāo)高-100～-138m。巷道直接頂為厚度2.98m泥巖，老頂為厚度6.23m大占砂巖；直接底為厚度0.93m砂質(zhì)泥巖，老底為厚度2.29mL8灰?guī)r。該大巷布置在二1煤層中，沿二1煤層頂板施工，巷道施工斷面為直墻斜頂斷面，采用錨桿（索）、金屬網(wǎng)和W鋼帶梁聯(lián)合支護(hù)，巷道凈寬5m、凈高3.5m、斷面面積17.5m2。東翼膠帶大巷整體為單斜構(gòu)造，掘進(jìn)區(qū)域煤層疏松易破碎。根據(jù)礦井地質(zhì)資料顯示，巷道在掘進(jìn)至1240m處時(shí)，將揭露DY30陷落柱，預(yù)計(jì)陷落柱短軸長40m，長軸長50m，預(yù)計(jì)巷道在向前施工45m后將會(huì)通過該陷落柱。

2原巷道掘進(jìn)施工過陷落柱存在問題

2.1施工工藝工序存在的問題

礦井原巷道掘進(jìn)施工采用EBZ-160型懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行巷道割煤掘進(jìn)作業(yè)，在巷道掘進(jìn)施工作業(yè)過程中，若遭遇陷落柱，在巖石硬度系數(shù)≤5時(shí)，則使用綜掘機(jī)直接截割陷落柱巖石的方式進(jìn)行掘進(jìn)；在巖石硬度系數(shù)>5時(shí)，綜掘機(jī)截割巖石難度較大，容易損壞設(shè)備，此時(shí)通常采用爆破的方法進(jìn)行掘進(jìn)，在工作面迎頭進(jìn)行打眼裝藥爆破后，采用綜掘機(jī)進(jìn)行出矸。因?yàn)镋BZ-160綜掘機(jī)功率較小，掘進(jìn)巖石硬度系數(shù)較大的矸石難度大，出矸裝運(yùn)矸石時(shí)容易出現(xiàn)機(jī)器卡絆的現(xiàn)象；而且，因?yàn)樵摼蜻M(jìn)機(jī)作業(yè)時(shí)負(fù)荷大，長時(shí)間運(yùn)行時(shí)容易出現(xiàn)設(shè)備油溫過高、油管接頭滲油或者崩裂現(xiàn)象，造成施工效率降低。采用爆破掘進(jìn)施工時(shí)，由于巷道斷面大，施工的炮眼多，且爆破工序及前期準(zhǔn)備工作繁多，造成爆破掘進(jìn)施工進(jìn)度慢，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、工效低。因此，在巷道過陷落柱施工時(shí)，由于工藝工序復(fù)雜、勞動(dòng)強(qiáng)度增大，所以施工效率降低［1］。

2.2支護(hù)方式存在的問題

東翼膠帶運(yùn)輸巷采用錨網(wǎng)索配W鋼帶梁聯(lián)合支護(hù)，其中采用的錨桿為準(zhǔn)22mm×2400mm左旋無縱筋錨桿；托盤采用直徑150mm、厚10mm的鋼板制成；鋼筋網(wǎng)采用準(zhǔn)6.5mm鋼筋制作，網(wǎng)片規(guī)格1200mm×2000mm，網(wǎng)孔規(guī)格60mm×60mm；采用型號(hào)為Z2350和K2350錨固劑，規(guī)格準(zhǔn)23mm×500mm，質(zhì)量640g±10g。錨桿布置：巷道頂部布置7根錨桿，頂板兩側(cè)錨桿距肩窩100mm，其余錨桿間距800mm，排距1000mm；幫部布置5～7根錨桿（根據(jù)煤層傾角確定），最頂部錨桿距肩窩100mm，第2根錨桿間距400mm，最下部錨桿距底板不大于100mm，其余錨桿間距800mm，錨桿預(yù)緊力矩不低于260N•m。錨索布置：巷道頂部錨索采用準(zhǔn)18.9mm×7200mm鋼絞線，呈“4-4”布置，間排距1500mm×800mm；幫部錨索采用準(zhǔn)18.9mm×4200mm鋼絞線。每個(gè)錨索孔采用1節(jié)K2350型快速樹脂錨固劑和2節(jié)Z2350型中速樹脂錨固劑錨固，托盤規(guī)格為300mm×300mm×16mm，錨索預(yù)緊力不低于100kN。巷道支護(hù)斷面如圖1所示。在巷道過陷落柱掘進(jìn)施工期間，由于頂板巖層破碎、整體性差，巷道頂部錨桿（索）錨固力很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求，造成頂板錨桿（索）支護(hù)效果差，存在較大安全隱患。在巷道施工過程中，為確保巷道支護(hù)質(zhì)量合格，保證施工安全，需在原巷道采用錨網(wǎng)索支護(hù)的基礎(chǔ)上，在距離掘進(jìn)巷道迎頭10m位置開始采取架設(shè)36U型鋼棚進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。U型鋼棚巷道凈下寬5600mm，凈高3500mm，棚距800mm，每棚使用3根拉桿，每幫使用3套卡纜，梁腿搭接500mm，空幫空頂處使用背板背實(shí)，支護(hù)形式如圖2所示。采用U型鋼棚支護(hù)時(shí)，需人工挖柱窩，抬運(yùn)U型鋼棚，架棚時(shí)需多人配合施工，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工難度大，安全系數(shù)低，且增加了人員力量投入，造成掘進(jìn)作業(yè)施工工效降低，影響掘進(jìn)進(jìn)尺，造成礦井采掘接替緊張。

3過陷落柱掘進(jìn)工藝優(yōu)化方法

3.1掘進(jìn)裝備改進(jìn)優(yōu)化

由于原巷道掘進(jìn)時(shí)采用爆破掘進(jìn)工藝，該工藝工序多，人員投入多，效率低。為解決該施工工藝難題，需使用大功率機(jī)械化裝備代替炮掘工藝來快速過陷落柱。在東翼膠帶運(yùn)輸大巷安裝使用了EBZ260型巖巷掘進(jìn)機(jī)機(jī)組用來掘進(jìn)割巖，該巖巷掘進(jìn)機(jī)截割和裝載功率高、破巖裝巖能力強(qiáng)，可以截割巖石硬度系數(shù)＞5的全巖巷道，對(duì)地質(zhì)條件較差的工作面適應(yīng)能力強(qiáng)。因此，在采用該巖巷掘進(jìn)機(jī)組后，工作面過陷落柱期間，不再對(duì)巖石進(jìn)行爆破，減少了打眼裝藥爆破工序，同時(shí)由于該機(jī)組裝巖能力強(qiáng)，在掘進(jìn)迎頭出碴期間，不會(huì)出現(xiàn)溜子卡碴現(xiàn)象，從而大大提高掘進(jìn)施工效率，實(shí)現(xiàn)了過陷落柱期間的快速掘進(jìn)。用來填充巷道巖層裂隙，使巷道圍巖形成一個(gè)整體，提高巷道圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而提高其承載能力［2］。采取壁后注漿時(shí)，分別在距巷道兩幫頂部1m和2m位置各施工1個(gè)注漿孔，注漿孔排距為2m，注漿采用525水泥搭配水玻璃攪拌均勻后進(jìn)行注漿。（4）巷道頂部全錨索支護(hù)。當(dāng)巷道掘進(jìn)過陷落柱時(shí)，若巷道頂板錨桿（索）錨固力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，采取變更巷道頂板支護(hù)方式的措施，即在巷道頂部全部采用錨索支護(hù)，不再使用錨桿，采用全錨索支護(hù)時(shí)，其間排距按照原設(shè)計(jì)的錨桿間排距進(jìn)行施工，并采取錨索全長預(yù)應(yīng)力錨固，從而提高巷道頂部錨索的錨固力。（5）巷道噴漿封閉。由于所施工東翼膠帶運(yùn)輸巷的巷道直接頂為泥巖，在掘進(jìn)揭露直接頂后，極易出現(xiàn)風(fēng)化破碎變形，同時(shí)因揭露的陷落柱對(duì)巷道圍巖結(jié)構(gòu)影響較大，易出現(xiàn)圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育。巷道圍巖裂隙內(nèi)容易進(jìn)入空氣，從而使圍巖深部受空氣影響出現(xiàn)風(fēng)化變形，導(dǎo)致巷道圍巖變形破壞更快。因此，為防止巷道圍巖出現(xiàn)風(fēng)化，從距揭露陷落柱20m位置開始對(duì)巷道進(jìn)行全斷面噴漿封閉。噴漿料采用C20混泥土，巷道平均噴漿厚度在50mm左右。（6）加強(qiáng)頂板圍巖動(dòng)態(tài)礦壓監(jiān)測。從巷道距揭露陷落柱20m位置開始，每間隔20m布置1個(gè)礦壓監(jiān)測分站，每個(gè)測站在巷道斷面內(nèi)布置3個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行測量，其中巷道頂部巷中位置布置1個(gè)、巷道兩側(cè)各布置1個(gè)（兩側(cè)的測點(diǎn)要求成水平布置）。每個(gè)測站安裝MCZ-200、MCZ-300錨桿（索）測力計(jì)監(jiān)測錨桿（索）受力狀況，安裝WBY-10頂板離層儀對(duì)頂板離層進(jìn)行監(jiān)測。通過測站實(shí)時(shí)對(duì)巷道圍巖變形進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)巷道頂板離層變形加大，巷道兩幫位移量增大等情況時(shí)，及時(shí)組織分析原因，進(jìn)一步采取補(bǔ)強(qiáng)加固措施。

4實(shí)施效果分析

（1）通過在井下現(xiàn)場試驗(yàn)，采用EBZ260巖巷掘進(jìn)機(jī)組截割巖層過陷落柱時(shí)，極大地提高了巷道掘進(jìn)效率，使巷道掘進(jìn)日進(jìn)尺由原來的2m/d提升至5m/d，從而提高了礦井進(jìn)尺水平，極大地緩解了礦井接替緊張的局面。同時(shí)采用掘進(jìn)機(jī)截割，減少了打眼裝藥爆破工序，減少了人員投入，避免了打眼放炮帶來的各種安全隱患。（2）巷道采用全斷面噴漿和壁后注漿措施后，杜絕了巷道表層風(fēng)化，加固了巷道圍巖結(jié)構(gòu)，減少了巷道圍巖的破壞率，巷道頂板得到了有效控制。（3）通過監(jiān)測分站對(duì)巷道頂板下沉量和巷幫位移量進(jìn)行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，巷道頂板下沉量<200mm，巷道兩幫移近量<300mm，巷道整體支護(hù)效果良好。

5結(jié)語

在井下巷道掘進(jìn)過程中遭遇陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，會(huì)極大地影響掘進(jìn)施工效率，增加勞動(dòng)強(qiáng)度。通過更換巷道掘進(jìn)裝備，安裝使用大功率的巖巷掘進(jìn)機(jī)組來直接截割巖石，減少了打眼裝藥爆破工序，大大提高了巷道掘進(jìn)效率。常村煤礦通過采取“提高巷道頂板護(hù)表和支護(hù)強(qiáng)度、巷道圍巖壁后注漿加固、巷道頂部全錨索支護(hù)、噴漿封閉和圍巖動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測”等綜合技術(shù)措施，有效提高了巷道支護(hù)效果，實(shí)現(xiàn)了井下掘進(jìn)巷道安全、高效、快速地通過陷落柱，為礦井今后過陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造提供豐富的經(jīng)驗(yàn)。

［參考文獻(xiàn)］

［1］馬冠華.巷道掘進(jìn)過陷落柱支護(hù)的優(yōu)化［J］.機(jī)械管理開發(fā)，2020，2（2）:38-40.

［2］李杰.掘進(jìn)巷道過陷落柱安全技術(shù)措施研究［J］.山東煤炭科技，2019，4（4）：46-47.

作者：郝宏偉 單位：山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)簸箕掌煤業(yè)有限責(zé)任公司