巷道掘进工艺研究

武文强

(阳泉煤业集团安泽登茂通煤业有限公司，山西 临汾 042509)

0 引言

在进行矿井的采掘过程中，为了使同一煤层的巷道开挖量减少，可以使用同一条运输巷或回风巷，可以通过对相邻的煤层布置穿层巷道来实现。相邻的煤层一般会存在标高差，所以进行穿层巷道的施工时，是沿一定坡度的，加上煤矿的地质条件复杂，煤岩层发育不稳定，最终使得进行巷道穿层时施工难度大，巷道的掘进效率低，巷道顶板易受到破坏。

1 概况

本文以山西某煤矿为例进行穿层巷道的掘进工艺研究。该煤矿主要开采5号煤层，平均厚度为3.4m。皮带巷的断面设计为宽4.5m，长3.5m，设计巷道的长度为1200m，煤层倾角为7°，进行上山掘进，掘进施工工艺为爆破施工。

在进行上山掘进过程中，使用的施工工艺为爆破施工，对掘进后的巷道顶板进行支护，方法为“W”型钢带+金属网+锚杆锚索的联合支护方式，钢带的长和宽分别为4.2m、0.25m，进行钢带的布置时，应当与巷道垂直，间距为1.0m；采用左旋无纵筋螺纹钢锚杆，长度和直径规格为2.5m×22mm。

由于进行巷道上山掘进穿层时，巷道顶板的压力较大，为了保证掘进过程的安全性，需要预先分析这一阶段的主要技术难题，对穿层施工工艺进行合理选择，并采用合理的支护措施。

2 巷道穿层期间的困难

(1)由于该煤矿的掘进煤层属于石炭系，发育不稳定且呈破碎状，煤层普氏系数小于2，单轴抗压强度在6～8MPa之间，煤体具有较差的承载能力。在进行上山掘进的过程中，巷道顶板出现严重破碎的现象，局部顶板很容易发生冒落。

(2)进行上山掘进时顶板压力较大，其应力方向垂直向下，顶板的斜面与其支护体垂直布置，顶板的垂直应力高于支护体的支护分力，支护体无法满足要求，顶板易局部垮落。

(3)在掘进巷道期间，巷道顶板的煤岩体厚度在不断变化，对巷道顶板进行支护的支护体的锚固端位于煤体处或煤体与岩体相交处，锚固的质量较差，如果顶板的压力增大，就会导致顶板发生离层或者破碎，导致支护严重失效。

3 巷道穿层施工工艺

巷道穿层期间，顶板的应力较大，很容易造成顶板局部垮落，因此通过研究分析，最终采用的掘进方法为台阶法上山掘进。这一掘进方法就是在巷道进行上山掘进期间，通过对顶板平段进行施工，划分掘进段，形成若干个掘进斜巷，与此同时，及时采取合理的措施进行顶板支护，在很大程度上避免顶板压力集中，从而避免发生顶板垮落事故。

4 穿层期间支护工艺

4.1 平段掘进期间补强支护

进行巷道平段的施工时，采用密集锚索吊棚用来加强顶板的支护，锚索吊棚由三根钢绞线以及工字钢梁所组成，钢绞线的长度和直径分别为8.0m、17.8mm，工字钢梁长度为4.0m，进行布置时沿垂直巷道的方向布置，布置的间距设为1.0m。

4.2 注浆支护

当顶板较为破碎时，可以在顶板进行并注浆，目的是增强破碎顶板稳定性，提高顶板的承载能力，进而降低事故率。

(1)当巷道第一个平段完成施工后，在距离工作面1.0m处的顶板上施工一排(共四个)浆孔，孔深5.0m，直径45mm，孔间距1.0m，并以45°仰角布置。

(2)完成注浆孔的施工后，采用专用注浆泵注浆，煤壁渗出浆液时停止，使用水泥砂浆封孔。

在注浆完成3h后继续掘进，4.0m后进行第二排注浆孔的施工，每一平段间的斜巷顶板共施工两排注浆孔。

4.3 超前锚杆支护

对于超前锚杆支护这一支护方式，主要是在巷道顶板进行加强锚杆支护体的施工，从而进行超前支护，避免顶板大面积垮落。

(1)当巷道掘进至150m时，在穿层斜巷段的顶板布置一排(共9个)孔径为30mm，深度为4.0m的超前支护钻孔，以7°的仰角进行布置，间距为0.5m。

(2)完成钻孔施工后，在每个钻孔内进行高强度螺纹锚杆的安设和加固，锚杆规格为：长4.5m、直径25mm，锚固时使用的设备为手持式钻机，锚固力应高于10t。

4.4 迈步式“T”型支护

对斜巷段采用迈步式“T”型支护，可以使支护体对顶板的支护面积增加，防止顶板破碎和下沉。

(1)“T”型支护主要用到的左旋无纵筋螺纹钢锚杆以及钢板，其中锚杆长2.5m、直径22mm，钢板长0.8m、宽0.5m。

(2)在与顶板相邻的三根钢带中间进行“T”型支护的施工，锚杆与钢带应进行垂直布置，在第一排与第二排钢带的中间设置两组间距为3.0m的“T”型支护，第二排与第三排钢带中间设置一组“T”型支护，且相邻的三组“T”型支护布置方式呈迈步式。

4.5 优化顶板原支护设计

在进行上山掘进期间，煤岩层的厚度会不断变化，为了避免这一情况造成顶板支护失效，应当优化局部区域的原支护体设计。

(1)当巷道掘进至120m时，顶板锚索的锚固端分别位于岩石层与煤层之间，所以此时锚索的锚固效果较差。

(2)当巷道掘进至150m时，顶板锚杆的锚固端分别位于岩石层与煤层之间，此时锚杆的锚固效果较差。在上山掘进巷道至130m和160～1200m范围内时，应当将锚杆更换为长5.0m的预应力钢绞线。破碎的岩体胶结稳定，完成注浆后，顶板破碎岩体的单轴抗压强度增加至53MPa。

(3)通过超前锚杆支护的施工，对巷道上山时顶板的稳定性进行了增强，防止因为巷道爆破施工后顶板不能及时支护或者由于爆破震动是顶板发生局部垮落。

(4)对上山阶段的顶板采用迈步式T型支护的方式进行支护，有效针对顶板钢带支护断面较小以及钢带间的联锁保护性的问题进行了解决，支护断面的增加，对于顶板下沉进行了有效的控制。

5 结语

通过在巷道穿层期间使用台阶法掘进的施工工艺，同时采用“超前锚杆支护+注浆+迈步式T型支护”等联合支护法，取得了较好的效果：

(1)上山掘进时使用台阶法，同时进行锚索吊棚加强支护台阶处的顶板，避免发生顶板压力集中，从而有效预防发生顶板垮落事故。

(2)使用注浆法提高了破碎岩体的胶结稳定性，完成注浆后，顶板破碎岩体的单轴抗压强度增大至53MPa。

(3)在巷道上山阶段，使用超前锚杆支护，顶板稳定性得到加强，防止由于爆破施工后不能及时支护顶板，或者因为爆破震动使顶板局部垮落。

(4)对顶板采用迈步式T型支护，有效针对顶板钢带支护断面较小以及钢带间的联锁保护性的问题进行了解决，支护断面的增加，对于顶板下沉进行了有效的控制。