主要进风巷快速施工组织及工艺优化

肖金杰 李 帅

（山东东山古城煤矿有限公司，山东 兖州 272100）

1 概况

古城煤矿由于矿井采场转入三水平开采，水平大巷深达-1030m，通风线路增长，通风阻力急剧升高，现有的通风系统不能满足安全生产要求。而古城煤矿矿井资源开采已达到后期阶段，再施工一处风井成本过高、时间太久。经一体化论证决定，自-505m水平穿层施工一全岩巷道至-1030m水平，巷道全长3103m，统一净断面22.4m2，巷道采用锚网（索）喷支护，设计坡度为 -12°下山。巷道服务年限直至矿井生产结束。

表1 巷道断面尺寸表

2 主进风巷快速施工方法

2.1 分段同时施工组织方式

安排四支掘进队伍分四段进行施工，分别为主进风巷-505m水平、-850m水平（上）、 -850m水平（下）、-1030m水平。

2.2 设备及工艺优化

由于主进风巷上段布置在煤层顶板岩石中，下段布置在底板岩石中，岩石较硬，经研究决定打破传统单一的人工风钻打眼放炮模式，在技术设备、施工工艺上作出以下改进与优化：（1）在-505m水平下山掘进，使用凿岩台车施工炮眼，挖掘式装载机配合110kW皮带输送机耙运矸石；（2）-850m水平上山掘进使用凿岩台车施工炮眼，侧卸式装载机配合90kW皮带输送机装运矸石；（3）-850m以下段下山施工巷道采用人工风钻施工炮眼，配合P60B耙装机、90kW皮带机装运煤矸；（4）-1030m水平使用梭车配合皮带进行排运煤矸，使排矸由原先的绞车提升间断性排矸变成了连续性排矸，形成四种不同的施工工艺，保证每天的施工进度在6m以上。

2.3 主要施工工艺

主进风巷（-505m水平及-850m水平反打）采用光面爆破法施工，巷道采用全断面分区分次起爆，人员蹬碴作业施工。首先蹬碴打好顶部炮眼，然后使用挖掘式装载机倒迎头，将迎头清出空间后再打底部炮眼；爆破时先装药爆破底部，然后蹬碴装药爆破顶部，依次循环作业。爆破后顶部支护紧跟迎头，循环进尺1.6m（两网），遇煤岩、断层或顶板破碎时，循环进尺0.8m。施工期间，拱部锚杆支护紧跟迎头，两帮锚杆距迎头最大距离不超过15m。

上部（施工至墙高线以下0.3m）施工流程：

下部起底施工流程：

打眼→爆破→耙碴→喷浆→支护→打眼→爆破→耙碴→喷浆→支护。

2.4 关键节点工程

（1）古城煤矿为冲击地压矿井，由于巷道穿层施工，于巷道中部及-850m水平有一段数米长的全煤段巷道，针对深部矿井存在冲击地压倾向性，全煤段巷道变形快，决定在全煤段施工卸压孔并对煤体进行注浆加固。

（2）-1030m水平上段与三水平皮带下山需要进行贯通施工，为保证不影响主皮带提升，对皮带进行悬吊加固并保护，并对皮带巷上下10m范围进行加固喷浆。

3 主进风巷的支护工艺

由于一条巷道自上而下安排四支队伍施工，条件不一，支护工艺也随之变化，巷道采用“差异化支护的原则”，按悬吊理论计算锚杆、锚索参数。主进风巷-505m水平采用锚网喷支护，其他三个区段在-505m水平巷道的基础上，加密锚索，采用锚网索喷的支护形式进行永久支护。随着深度不同，锚索长度、间排距也随之改变[2]。

3.1 临时支护

硬岩掘进时，爆破后首先摘除迎头危岩悬矸，采用初喷作为临时支护，软岩或岩石破碎时采用前探梁作为临时支护，将顶网敷上，与永久支护网相联，将吊环挂在永久支护锚杆的适当位置，将前探梁插入吊环前移前探梁，在前探支护的掩护下进行永久支护。临时支护如图1所示。

3.2 永久支护

永久支护在支护形式上略有不同。-505m水平采用锚网喷支护，拱部锚杆必须支护到迎头，其他3个区段的工作面均采用锚网索喷支护形式。为了更好发挥锚杆与锚索对设备部巷道支护的效应，根据巷道锚杆支护设计原则，提出如下设计原则：（1）一次性支护原则；（2）高预应力和预应力扩散原则；（3）“三高一低”原则；（4）临界支护强度与刚度原则；（5）相互匹配原则；（6）可操作性原则；（7）安全经济原则[3]。

图1 临时支护平、剖面图

（1）钢筋网支护。采用Φ6mm盘圆编织的网孔80×80mm的钢筋网，钢筋网搭接量不小于160mm，扣间距不大于160mm，采用14#镀锌铁丝双股双排扣菱形绑扎。

（2）锚杆支护。主进风巷（-505m水平）在巷道全断面布置15根Ф22×2500mm的高强树脂锚杆，间排距900×900mm，底脚锚杆距底板不超过100mm。锚杆托盘规格为：长×宽×厚=200×200×10mm。主进风巷其余各区段工作面在巷道全断面布置17根Ф22×2500mm的等强树脂锚杆，间排距均为800×800mm[4]。

（3）锚索支护。由于-505m水平采用支护形式为锚网喷支护，不需使用锚索加强支护。其余三个区段掘进头均使用“锚网索喷”支护形式，锚索间排距均为800×800mm，锚索的布置方式为：锚索与锚杆间隔布置，每根锚索在锚索球与铁盘之间加使1个让压圈[6]，锚索外露钢绞线采用10#铁丝呈“十字花”绑扎于钢筋网上并散开向上弯折，锚索外露长度150～250mm。其余工作面采用长7000mm锚索，锚索间排距、布置方式及数量根据深部矿压影响略有不同。锚索绑扎示意图如图2所示。主进风巷（-1030m水平）巷道断面支护图如图3所示。

图2 锚索球防冲捆扎示意图

（4）喷浆支护。主进风巷位于二叠系山西组3层煤及3煤顶底板板岩石中，巷道围岩的岩性比较好，地质构造简单，根据三维地震勘探资料，预计各工作面在掘进过程中基本无构造。巷道采用中深孔光面爆破，对巷道成型比较有利，所以光爆后首先初喷找成型，然后挂网打锚杆，让锚杆和钢筋网来承受围岩应力，让围岩应力得到充分释放。掘进工作面推离一定距离后进行复喷，这样能够减小爆破对喷浆层的损伤，有利于锚网、喷浆质量的提高，有利于巷道成型。最近的现场观察证明，改进后的措施是安全有效的，巷道变型有效减小。喷射混凝土喷砼标号为C20，初喷厚度50mm至100mm，复喷以覆盖金属网为宜。

图3 主进风巷（-1030水平）巷道断面支护图

4 效果

主进风巷集猴车运输、排水系统和供电系统一体化设计。工程完工后，矿井总进风量由8400m3/min增至10200m3/min，改善井下工作环境；矿井负压由5000Pa降至4102.5Pa，减小井下漏风量、风门维护量，降低煤层发火隐患。人员运输时间由55min降至30min，缩减井下工作时间，提高工作效率。