李朝胜

(山西古县西山圪堆煤业,山西 临汾 042404)

山西古县西山圪堆煤业在近距离煤层大断面切眼巷道施工中,对一次成巷施工技术进行了一次大胆尝试并取得了成功,巷道掘进顺利完成,巷道支护安全可靠。

1 工程概况

山西古县西山圪堆煤业3#煤层平均厚度为1.75 m，2#煤与3#煤的层间距在2.37 m～4.20 m之间，平均厚度8.09 m，属近距离开采煤层。11301工作面位于该矿3#煤层的一采区，切眼设计长度150 m，断面为毛宽6.0 m、毛高2.4 m的矩形断面。切眼处3#煤顶板到2#煤底板的厚度在5.8 m～6.5 m之间；伪顶缺失；直接顶为泥岩，不平整，易破碎，厚度在2.3 m～3.1 m之间；直接顶上部是一层0.2 m～-0.5 m厚的-2#煤；-2#煤上部是一层0.3 m～0.6 m厚的白沙岩；白沙岩上部是2#煤的底板，岩性为泥岩，厚度在2.1 m～3.0 m之间；2#煤平均厚度1.2 m，已被小煤窑采用房柱式采煤方法全部采空。

2 掘进方法

切眼掘进采用EBZ132半煤岩掘进机掘进。先前计划是采用二次成巷技术，即先掘进毛宽4 000 mm、毛高2 400 mm的矩形巷道，然后再在回采帮刷扩2 000 mm，两次施工将切眼掘挖成毛宽6 000 mm、毛高2 400 mm的矩形断面。在实际的施工中尝试采用一次成巷技术，即将6 000 mm×2 400 mm的切眼毛断面一次性掘挖成型。EBZ132掘进机定位掘进最大宽度为4 800 mm，因此在断面掘挖过程中需要反复移动、调整掘进机位置，才能将6 000 mm宽的断面掘挖成型。

3 支护设计

3.1 开口支护设计

采用1对长8 m的11#矿用工字钢当做抬棚梁。在切眼开口处按1 500 mm的间距共打5根起吊锚索,再用焊有防侧滑板的锚索托盘将2根工字钢梁一并锁吊起来,其后再在对梁的两端头各加支1根直径不小于200 mm的圆木支柱,形成1对由锚索悬吊和圆木支撑合力支护的开口抬棚梁,将开口处原巷道中的钢棚梁一并抬住,去掉原钢棚梁下的支腿,即可进行开口作业。

3.2 切眼支护设计

切眼毛断面设计为上宽6 000 mm、下宽6 200 mm、高2 400 mm的梯形断面。巷道支护设计为“锚杆+锚索+金属棱形网+工字钢棚+圆木点柱”的联合支护方式。顶锚杆为Φ20 mm、长2 000 mm的螺纹钢锚杆，配1根K2360、1根Z2360树脂药卷进行锚固，托盘为110 mm×110 mm×10 mm的方形蝶托盘，锚固力设计为105 kN，预紧扭矩不小于150 N·m，锚杆间距900 mm、排距1 000 mm，成矩形布置。顶锚索为Φ17.8 mm、长5 200 mm的钢绞索，配1根K2360、2根Z2360树脂药卷进行锚固，托盘为250 mm×250 mm×18 mm的钢板托盘，锚固力设计为180 kN，预紧应力不小于30 MPa，锚索间距1 800 mm、排距2 000 mm，成矩形布置。金属棱形网由10#铁丝编织而成，规格为1 200 mm×6 000 mm，横向铺网，搭接200 mm，用双股细铁丝绑扎联接，绑点两排，间距150 mm、排距200 mm，“三花型”布置。钢棚为11#工字钢加工而成，梁长5 600 mm、下宽6 200 mm、净高2 300 mm，梯形架设，棚距1 000 mm，架在两排锚杆的中间位置，用背板“盘帮勾顶”，帮三顶七。圆木点柱直径不小于200 mm，支设在钢棚梁下面，每梁两柱，间距3 000 mm，滞后掘进机15 m支设。

3.3 临时支护设计

采用“卡环+π型梁+木板梁”的前探临时支护。π型梁长4 500 mm，共3根，每根梁采用3个卡环吊挂，卡环固定在架设好的钢棚梁上，梁间距1 500 mm，均匀布置。木板梁3根，长3 000 mm，与钢棚梁平行铺设在π型梁上，3根木板梁交错平行布置。

4 掘进工艺与进度

设计掘进循环进度1.0 m,最大控顶距1.2 m,最小控顶距0.2 m。掘进工艺流程为:掘进→敲帮问顶→联网→移前探梁→临时支护→打锚杆(锚索)→架工字钢棚→盘帮勾顶→滞后掘进机支点柱。

切眼全断面一次成巷技术,开口前10 m和设备安装用时3 d;切眼正常掘进长度为140 m,掘进班可完成2个掘进循环,检修班可完成1个掘进循环,每天可以完成5 m进度,用时28 d;完成整个切眼施工共用时31 d。切眼二次成巷技术,巷道掘进时,开口前10 m和设备安装需用时3 d;掘进班可完成3个掘进循环,检修班可完成2个掘进循环,每天可以完成8 m进度,完成巷道掘进需用时17.5 d;撤设备、退掘进机、前10 m扩帮、重安装设备需用时3 d;巷道扩帮,掘进班可扩4 m,检修班扩2 m,每天可扩10 m,完成140 m扩帮需用时14 d;二次成巷技术完成整个切眼施工共需用时37.5 d。切眼全断面一次成巷技术比二次成巷技术要少用时6.5 d。

5 巷道支护成本比较

切眼全断面一次成巷技术与二次成巷技术在成巷后其支护形式是一模一样的,也就是说最后阶段,两种技术方法支护成本是一样的。但二次成巷技术中,第一次巷道掘进时需要每米套架工字钢棚进行支护,扩帮时又要把套架的钢棚逐架替换出来,尽管替换出来的钢棚大部分还可以重复使用,但前期投资要大得多;逐架撤替钢棚及扩帮时,会对已支护好的顶板产生扰动,扩帮时需要对原巷道进行超前加强支护,这部分人力成本和前期投入也是相当大的。由此可见,切眼全断面一次成巷技术在巷道支护成本上要比二次成巷技术少得多。

6 大断面切眼一次成巷支护技术要点

1)近距离煤层中切眼全断面一次成巷在顶板支护上最关键的一步就是要及时进行主动支护。及时打注锚杆、锚索,利用锚杆、锚索的预紧力对顶部岩层进行强有力的挤压加固,将顶部岩层组合成一个整体梁,努力增强顶部岩层自身的抗压和抗变形能力,防止岩层碎裂、漏空,是顶板支护中最关键的一环。掘进工艺上,一定要严格遵守“一掘一锚一支”的原则;循环进度要严格控制在1 m的范围内,坚决杜绝超循环作业行为;锚杆、锚索要打注1根,安装1根,坚固1根;顶板不好的情况下,还应将一个循环分成两半作业,先割一半的巷道,打好锚杆(锚索)后,再割另一半的巷道。

2)近距离煤层大断面切眼巷道中控制顶板第二个关键是：控制顶板的下沉量。泥岩性质的顶板可弯曲性较强，在压力的作用，顶板出现下沉是第一个表现，在大跨度的切眼巷道中表现更为明显。在观测巷道顶板下沉过程中发现：顶板下沉量在300 mm以内时，顶部岩层不会出现断裂，岩层的整体性仍保持得比较好；当顶板下沉量在300 mm～500 mm之间时，直接顶岩层会出现碎裂、漏矸等现象；当顶板下沉量超过500 mm时，顶部岩层会出现明显的断裂声音，如果达到这种程度，说明巷道发生大面积冒顶的风险就非常高了，应立即撤出人员，采取更加有力的支护措施进行处理，在实际施工中绝不能让顶板下沉发展到这一步，否则支护上是极度困难的。控制顶板下沉量，应在顶板还没有出现下沉现象时就要提前做工作，如果顶板已经出现下沉现象了，就要立即采取加强支护措施，努力将下沉量控制在200 mm以内。

3)近距离煤层中采用全锚方式支护顶板的可靠性不高,在大断面的切眼巷道内及时进行套棚支护也是十分必要的。尽管5 m多长的11#工字钢梁的支护强度有限,但它能补强全锚支护的可靠性,并能及时显现顶板的压力变化,掩护和预警作用极好。如果顶板出现较大压力,套架的钢棚还是进行二次支护的主要依托点。

4)在对近距离煤层巷道的矿压观测中发现:巷道刚挖掘成巷时压力并不明显,当巷道掘进长度超过20 m时,后面的巷道会逐步出现来压现象,滞后掘进机支设的圆木点柱要及时支设,不能等到有来压现象后才支设。另外,巷道经过上部煤层采空区地段的压力相对较小,经过上部煤层留设的煤柱地段压力较大,这段巷道的支护需要提前加强,一般是把套支单棚改为套支对棚,或者是缩小棚距。