掘进巷道快速过陷落柱施工工艺研究

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［摘要］针对井下掘进巷道在遭遇陷落柱等地质构造时采用爆破掘进工效低、人员劳动强度大等问题，结合常村煤矿东翼胶带运输巷揭露的实际地质情况，对巷道原有的施工工艺和支护方式存在的问题进行研究分析，制定一系列有针对性的技术措施，从而提高巷道过陷落柱时的掘进效率，同时支护效果得到明显改善。现场试验结果表明：采用制定的一系列综合技术措施后，巷道掘进日进尺由2m提高到了5m，巷道顶板下沉量<200mm，巷道两帮移近量<300mm，巷道整体支护效果良好。

［关键词］陷落柱；锚网支护；壁后注浆；动态监测

1工作面概况

常村煤矿主采煤层为二1煤层，平均煤层厚度5.5m。东翼胶带运输巷位于常村煤矿13采区东翼，巷道地面标高+539.7～+575.9m，井下标高-100～-138m。巷道直接顶为厚度2.98m泥岩，老顶为厚度6.23m大占砂岩；直接底为厚度0.93m砂质泥岩，老底为厚度2.29mL8灰岩。该大巷布置在二1煤层中，沿二1煤层顶板施工，巷道施工断面为直墙斜顶断面，采用锚杆（索）、金属网和W钢带梁联合支护，巷道净宽5m、净高3.5m、断面面积17.5m2。东翼胶带大巷整体为单斜构造，掘进区域煤层疏松易破碎。根据矿井地质资料显示，巷道在掘进至1240m处时，将揭露DY30陷落柱，预计陷落柱短轴长40m，长轴长50m，预计巷道在向前施工45m后将会通过该陷落柱。

2原巷道掘进施工过陷落柱存在问题

2.1施工工艺工序存在的问题

矿井原巷道掘进施工采用EBZ-160型悬臂式掘进机进行巷道割煤掘进作业，在巷道掘进施工作业过程中，若遭遇陷落柱，在岩石硬度系数≤5时，则使用综掘机直接截割陷落柱岩石的方式进行掘进；在岩石硬度系数>5时，综掘机截割岩石难度较大，容易损坏设备，此时通常采用爆破的方法进行掘进，在工作面迎头进行打眼装药爆破后，采用综掘机进行出矸。因为EBZ-160综掘机功率较小，掘进岩石硬度系数较大的矸石难度大，出矸装运矸石时容易出现机器卡绊的现象；而且，因为该掘进机作业时负荷大，长时间运行时容易出现设备油温过高、油管接头渗油或者崩裂现象，造成施工效率降低。采用爆破掘进施工时，由于巷道断面大，施工的炮眼多，且爆破工序及前期准备工作繁多，造成爆破掘进施工进度慢，人员劳动强度大、工效低。因此，在巷道过陷落柱施工时，由于工艺工序复杂、劳动强度增大，所以施工效率降低［1］。

2.2支护方式存在的问题

东翼胶带运输巷采用锚网索配W钢带梁联合支护，其中采用的锚杆为准22mm×2400mm左旋无纵筋锚杆；托盘采用直径150mm、厚10mm的钢板制成；钢筋网采用准6.5mm钢筋制作，网片规格1200mm×2000mm，网孔规格60mm×60mm；采用型号为Z2350和K2350锚固剂，规格准23mm×500mm，质量640g±10g。锚杆布置：巷道顶部布置7根锚杆，顶板两侧锚杆距肩窝100mm，其余锚杆间距800mm，排距1000mm；帮部布置5～7根锚杆（根据煤层倾角确定），最顶部锚杆距肩窝100mm，第2根锚杆间距400mm，最下部锚杆距底板不大于100mm，其余锚杆间距800mm，锚杆预紧力矩不低于260N•m。锚索布置：巷道顶部锚索采用准18.9mm×7200mm钢绞线，呈“4-4”布置，间排距1500mm×800mm；帮部锚索采用准18.9mm×4200mm钢绞线。每个锚索孔采用1节K2350型快速树脂锚固剂和2节Z2350型中速树脂锚固剂锚固，托盘规格为300mm×300mm×16mm，锚索预紧力不低于100kN。巷道支护断面如图1所示。在巷道过陷落柱掘进施工期间，由于顶板岩层破碎、整体性差，巷道顶部锚杆（索）锚固力很难达到设计要求，造成顶板锚杆（索）支护效果差，存在较大安全隐患。在巷道施工过程中，为确保巷道支护质量合格，保证施工安全，需在原巷道采用锚网索支护的基础上，在距离掘进巷道迎头10m位置开始采取架设36U型钢棚进行加强支护。U型钢棚巷道净下宽5600mm，净高3500mm，棚距800mm，每棚使用3根拉杆，每帮使用3套卡缆，梁腿搭接500mm，空帮空顶处使用背板背实，支护形式如图2所示。采用U型钢棚支护时，需人工挖柱窝，抬运U型钢棚，架棚时需多人配合施工，人员劳动强度大，施工难度大，安全系数低，且增加了人员力量投入，造成掘进作业施工工效降低，影响掘进进尺，造成矿井采掘接替紧张。

3过陷落柱掘进工艺优化方法

3.1掘进装备改进优化

由于原巷道掘进时采用爆破掘进工艺，该工艺工序多，人员投入多，效率低。为解决该施工工艺难题，需使用大功率机械化装备代替炮掘工艺来快速过陷落柱。在东翼胶带运输大巷安装使用了EBZ260型岩巷掘进机机组用来掘进割岩，该岩巷掘进机截割和装载功率高、破岩装岩能力强，可以截割岩石硬度系数＞5的全岩巷道，对地质条件较差的工作面适应能力强。因此，在采用该岩巷掘进机组后，工作面过陷落柱期间，不再对岩石进行爆破，减少了打眼装药爆破工序，同时由于该机组装岩能力强，在掘进迎头出碴期间，不会出现溜子卡碴现象，从而大大提高掘进施工效率，实现了过陷落柱期间的快速掘进。用来填充巷道岩层裂隙，使巷道围岩形成一个整体，提高巷道围岩结构稳定性，从而提高其承载能力［2］。采取壁后注浆时，分别在距巷道两帮顶部1m和2m位置各施工1个注浆孔，注浆孔排距为2m，注浆采用525水泥搭配水玻璃搅拌均匀后进行注浆。（4）巷道顶部全锚索支护。当巷道掘进过陷落柱时，若巷道顶板锚杆（索）锚固力达不到设计要求时，采取变更巷道顶板支护方式的措施，即在巷道顶部全部采用锚索支护，不再使用锚杆，采用全锚索支护时，其间排距按照原设计的锚杆间排距进行施工，并采取锚索全长预应力锚固，从而提高巷道顶部锚索的锚固力。（5）巷道喷浆封闭。由于所施工东翼胶带运输巷的巷道直接顶为泥岩，在掘进揭露直接顶后，极易出现风化破碎变形，同时因揭露的陷落柱对巷道围岩结构影响较大，易出现围岩节理裂隙发育。巷道围岩裂隙内容易进入空气，从而使围岩深部受空气影响出现风化变形，导致巷道围岩变形破坏更快。因此，为防止巷道围岩出现风化，从距揭露陷落柱20m位置开始对巷道进行全断面喷浆封闭。喷浆料采用C20混泥土，巷道平均喷浆厚度在50mm左右。（6）加强顶板围岩动态矿压监测。从巷道距揭露陷落柱20m位置开始，每间隔20m布置1个矿压监测分站，每个测站在巷道断面内布置3个测点进行测量，其中巷道顶部巷中位置布置1个、巷道两侧各布置1个（两侧的测点要求成水平布置）。每个测站安装MCZ-200、MCZ-300锚杆（索）测力计监测锚杆（索）受力状况，安装WBY-10顶板离层仪对顶板离层进行监测。通过测站实时对巷道围岩变形进行动态监测，发现巷道顶板离层变形加大，巷道两帮位移量增大等情况时，及时组织分析原因，进一步采取补强加固措施。

4实施效果分析

（1）通过在井下现场试验，采用EBZ260岩巷掘进机组截割岩层过陷落柱时，极大地提高了巷道掘进效率，使巷道掘进日进尺由原来的2m/d提升至5m/d，从而提高了矿井进尺水平，极大地缓解了矿井接替紧张的局面。同时采用掘进机截割，减少了打眼装药爆破工序，减少了人员投入，避免了打眼放炮带来的各种安全隐患。（2）巷道采用全断面喷浆和壁后注浆措施后，杜绝了巷道表层风化，加固了巷道围岩结构，减少了巷道围岩的破坏率，巷道顶板得到了有效控制。（3）通过监测分站对巷道顶板下沉量和巷帮位移量进行监测发现，巷道顶板下沉量<200mm，巷道两帮移近量<300mm，巷道整体支护效果良好。

5结语

在井下巷道掘进过程中遭遇陷落柱等地质构造时，会极大地影响掘进施工效率，增加劳动强度。通过更换巷道掘进装备，安装使用大功率的岩巷掘进机组来直接截割岩石，减少了打眼装药爆破工序，大大提高了巷道掘进效率。常村煤矿通过采取“提高巷道顶板护表和支护强度、巷道围岩壁后注浆加固、巷道顶部全锚索支护、喷浆封闭和围岩动态实时监测”等综合技术措施，有效提高了巷道支护效果，实现了井下掘进巷道安全、高效、快速地通过陷落柱，为矿井今后过陷落柱等地质构造提供丰富的经验。

［参考文献］

［1］马冠华.巷道掘进过陷落柱支护的优化［J］.机械管理开发，2020，2（2）:38-40.

［2］李杰.掘进巷道过陷落柱安全技术措施研究［J］.山东煤炭科技，2019，4（4）：46-47.

作者：郝宏伟 单位：山西煤炭运销集团簸箕掌煤业有限责任公司