大断面辅助运输顺槽快速掘进施工及支护设计研究

麻勇

摘 要：根据塔拉壕煤矿3202工作面辅助运输顺槽工程概况，介绍了遥控操作掘锚机在大断面的顺槽中，通过选择适宜的支护形式和支护参数，实现快速掘进的工艺流程，以供类似矿井借鉴。

关键词：大断面；顺槽；快速掘进；支护设计

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.08.098

1 工程概况

塔拉壕煤矿3202工作面位于塔拉壕井田中东部，为塔拉壕煤矿3-1煤层首采工作面。3202工作面辅助运输顺槽位于3煤东翼辅运巷南侧，3202工作面辅助运输顺槽设计长度为4920m，巷道沿煤层底板掘进，直接顶主要为砂质泥岩和泥质粉砂岩，局部为细砂岩，个别钻孔为中砂岩，厚度2.34～17.46m，平均厚度为9.61m；老顶为粉砂岩或细砂岩或中砂岩砂岩，平均厚度为6.8m；直接底为砂质泥岩或粉砂岩，平均厚度为4.8m；老底为砂岩和砂质泥岩，平均厚度为7.2m。井田内各煤层自然瓦斯CH4在0～6.24%之间，CO2在1.04%～31.64%之间。煤尘爆炸指数在30%～40%，试验结果：火焰长度大于400mm时，抑止煤尘爆炸最低岩粉量为55%～80%，煤尘有爆炸性。自燃倾向性等级为Ⅱ～Ⅰ级，为自燃～容易自燃。发火期一般为40～60天。

2 巷道支护设计及支护参数校验

2.1 巷道支护设计

设计巷道形状为矩形，净宽度5000mm，净高度3300mm，净断面积16.50m。经过地质资料分析，根据以往支护经验和巷道用途，初步确定3202工作面辅助运输巷顶板采用Φ20mm×2500mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆配合150×150×10预紧力托盘+锚索+100×100Φ6型焊接金属网”的方式进行支护，左帮采用“玻璃钢锚杆+塑料托盘+土工格栅网”的方式进行支护，右帮采用“Φ20mm×2100mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆+40×40土工格栅网”的方式进行支护。

2.2 支护参数校验

（1）按悬吊理论计算锚杆参数：

L=L1+Kh+L2=1900（mm）

式中：L—锚杆长度；L1—锚杆锚入稳定岩层的深度，一般取500mm；h—冒落拱高，mm；L2—锚杆在巷道中的外露长度，一般取100mm；k—安全系数，一般取2；h=R/2f，R—巷道宽度，取5200mm；f—岩石坚固性系数，砂岩取4。

（2）锚杆间距、排距计算，通常间排距相等，取a=pkhr=1.25m

式中：a—锚杆间排距，mm；P—围岩荷载，50kN/m；h—冒落拱高度，取650mm；r—围岩容重，取25.48kN/m；K—安全系数，一般取K=2。

经过上述理论计算和经验数据，顶板选用Φ20mm×2500mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间排距取900mm×1000mm，巷道中心两侧锚杆间排距700mm×1000mm，顶板两侧锚杆距离巷帮各450mm，符合安全施工要求。

（3）锚索长度计算：

L2=KH+L1+L2=2.601（m）

式中：L2—锚索长度，m；H—冒落高度，取0.65m；K—安全系數，取K=2；L1—锚入岩层的深度，取1.0m；L2—锚索外露长度，取0.3m。

（4）悬吊理论校核锚索间距：

根据设计锚索规格为Φ17.8mm×5300mm，锚索间排距为2000mm×2500mm。为防止巷道顶板岩层有整体垮落现象发生，将组合梁整体悬吊于坚硬岩层中，校核锚索间距，冒落方式按最严重的冒落高度进行考虑。可用下式计算锚索间距：L=nF2/[BHγ-（2F1sinθ）/L1]，式中：L—锚索间距，m；H—巷道冒落高度，取2.5m；L1—锚杆排距，1.0m；B—巷道最大冒落宽度，5.2m；γ—岩体容重，25kN/m3；F1—锚杆锚固力，50kN；θ—锚杆与巷道顶板的夹角，90°；F2—锚索极限承载力，取320kN；n—锚索每排根数，取2；

经过计算，锚索间距小于2.84m，所选锚索参数满足设计要求。设计要求选用Φ17.8mm钢绞线、长度5300mm的钢绞线，锚索间排距取2000mm×2500mm，支护时锚索取缔隔排锚杆眼位。排列方式为顶部矩形，呈“2-2-2”，符合安全施工要求。

2.3 支护参数的确定

3202工作面辅助运输顺槽巷道掘进支护材料顶部采用Φ20mm×2500mm无纵筋螺纹钢锚杆配合锚索、金属网进行永久支护。锚杆间排距为900mm×1000mm，巷道中心两侧锚杆间排距700mm×1000mm，顶板两侧锚杆距离巷帮各450mm，每排6套。锚索为Φ17.8×5300mm，每孔3根2360型树脂锚固剂。锚索间距为2500mm×2000mm，支护时锚索取缔隔排锚杆眼位，每排2套。左帮部采用Φ20×2100mm玻璃钢锚杆配合土工格栅网进行永久支护，锚杆间排距为900mm×1000mm，（左侧第一根锚杆距离顶板300mm），每排2套。右帮部采用Φ20mm×2100mm无纵筋螺纹钢锚杆配合土工格栅网进行永久支护，每排2套。其中顶锚杆采用两支锚固剂锚固，帮锚杆采用1根锚固剂。顶部锚杆眼：掘锚机顶部钻机钻进，钻头为Φ28mm合金钻头，钻杆B19mm，长度1.2、1.3m两种。帮部锚杆眼：掘锚机帮钻机钻进，钻杆B19mm，长度1.0m-1.2m、钻头为Φ28mm合金钻头，顶钻孔深度2450，帮钻孔深度2050。网片之间搭接100mm，搭接处用每200mm用16#铅丝交替绑扎。

3 施工方法及掘进施工工艺

3.1 施工方法

（1）采用山特维克—MB670型掘锚机一次成巷的施工方法进行掘进，掘进工作面的破煤、落煤、装煤、运煤及巷道的支护等均由掘锚机和配套设备来完成。掘进循环进度为1.0m，巷道沿煤层底板进行掘进。

（2）掘进期间，需及时跟进运输设备以保证正常运输，跟进方法如下：

胶带机机尾前移跟进方法：胶带机机尾刚性架跑道共24m（不包括刚性架上工具箱），当连运一号车不能继续前移运煤时，操作连续运输系统使连运一号车挨住刚性架机尾后（后退时联系胶带机司机同时缓慢张紧胶带），用链条链接刚性架机尾和连运一号车，检查链接牢固后，司机操作连运一号车向前行走，从而拉动刚性架机尾向前移动（胶带机司机同时松胶带机），待连运一号车行走至与掘锚机距离达到约1m时停止移动，并解除与刚性架链接链条。

（3）掘进过程中，无线遥控操作山特维克—MB670型掘锚机，用锚掘机自身四臂锚杆钻机来完成支护，设备前进只可以手动遥控操作，支护时可以用手动和自动两种操作方式。

3.2 掘进施工工艺

（1）掘锚机截割方式。

3202工作面辅助运输顺槽高为3.6m，严格按照地测站标定的偏中线施工，偏中线距右侧侧0.45m，距左侧帮4.75m，掘进顺槽时正常掘进循环为1.0m。

掘锚机司机在激光导向仪的指引下，确定掘锚机停放的位置，按巷道尺寸每一刀一个循环进度进行掘进，在割煤的同时进行锚索锚杆的支护，等待支护完成后，掘锚机向前行走1米继续割煤进行下一循环，掘进10m后延长风筒。

（2）掘锚机掘进过程中首先将截割头调整到巷道顶板上面，切割掉上一刀预留的200mm左右的圆弧段煤皮；然后将截割头向前进入煤体1000mm，由上向下切入煤体，当截割头切到巷道底板时，掘锚机截割部往后退1000mm左右，拉底使巷道底尽量平整。

（3）装载与运输。

掘锚机上装有收集头机构和中部输送机，掘锚机截割时，煤落入收集头机构，装在收集头上的星形轮装载机构连续运转，将煤装入中部输送机，中部输送机便将煤转运到等候在掘锚机后的连运车内。巷道掘进使用連运车将煤运到身后的胶带运输机进行运煤，进入主运输系统运出。

4 结束语

经过现场试验证明，山特维克—MB670型掘锚机能够适应我矿的地质条件，采用的支护方式能有效地控制围岩，具有成本低、支护质量高、支护效果好、工人劳动强度低、操作方便等优点，可供类似矿井借鉴。

参考文献

[1]何满朝，孙晓明.中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南[M].北京：科学出版社，2004.

[2]张洪乐，刘志强，王飞.煤矿巷道锚喷支护参数优化[J].煤矿安全，2010，42（4）：116-118.