浅埋大断面辅助运输巷掘进及支护设计

吴 春

(山西宏宇诚铸建设工程有限公司， 山西 朔州 038300)

1 前言

我国巷道掘进技术是影响煤矿生产的重要因素，多年以来，井下巷道的掘进施工仍主要以钻爆施工技术为主，这种技术相对落后且时间较长[1-3]。因此，很多学者对于巷道的快速掘进进行了深入研究，如张海峰针对高瓦斯矿井，对大断面、长距离的巷道快速掘进与支护技术进行了探讨[4]；张忠国研究了巷道掘进与支护的制约关系，探讨了包括锚杆支护的布置和自动化、掘进巷道部分支护、动力控制联合设计等技术[5]；朱艳华以晋城赵庄煤矿为研究对象，对掘进巷道存在松软破碎带支护问题进行了研究，提出了以“锚网带索”的巷道支护方法，有效控制了巷道的变形[6]；王磊以西山马兰矿为研究对象，对破碎围岩下大断面运输巷道的保护技术进行了探讨，采用了CQJG3型加固堵水材料，加固了破碎围岩巷道顶板，有效防止了巷道变形[7]。本文以同煤集团增子坊煤矿埋深较浅的8303辅运输大巷为研究对象，深入分析巷道掘进的影响因素，提出了大断面巷道掘进和支护设计方案。

2 工程概况

同煤集团增子坊煤矿8303运输巷位于83采区，处于井田南部北西，东接回风、皮带、辅运大巷。矿井主采8#煤层，走向南北，盘区巷西部煤层倾向东、东部大巷煤层倾向西、倾角0°～5°，为缓倾斜煤层。83盘区平面布置如图1所示。

图1 83盘区平面布置图

8#煤为暗淡型煤，该煤层在本区域赋存较稳定，煤层埋藏深度为141～161m，煤厚4.45～5.6m，平均煤厚5.1m。结合邻近工作面8#层83盘区大巷大致为一向斜构造，中部低、两头高(东、西)预计在掘进过程中会遇到4条断层，断层走向为北西，倾向南西。西部大断倾向北东，落差预计为10～20m，揭露断层见表1。

表1 工作面揭露断层情况表

3 巷道设计方案和影响掘进的因素

3.1 巷道设计方案

针对矿井煤层埋藏深度较浅，布置所需的8303辅助运输巷设计长度为1 462m，巷道开口施工方位角为270°，开口沿水仓联巷底板-6°下山施工57m，再沿8#煤层中部掘进，与8#层83盘区皮带巷底板高差控制在1.5m范围内，巷道参数见表2，巷道断面如图2所示。

3.2 影响巷道掘进的因素

1)施工工艺

施工工艺的选择尤为重要，是影响大断面巷道掘进施工进度的重要因素[8]。从施工工艺方面来说，需要减少非正常工序，避免增加更多的困难，最好实行并行作业，可以有效提高掘进速度。通过优化工作面施工组织，进行有效合理的平行作业，提前准备相应的辅助工序，可以提高掘进速度。

表2 巷道设计参数表

图2 8303巷道断面图

2)围岩特征

巷道围岩的特征是影响巷道支护、掘进以及相应的维护工作最大的因素，决定了支护方案选择、施工工艺方案和维护方案设计的基础和依据[9]。现阶段已经出现的综合机械化掘进设备和技术，对井下地质条件的要求较高，因此，需要根据矿井巷道围岩的特征变化选择合适的掘进工艺方案。

3)巷道支护方式

巷道掘进的基础保障是具有巷道永久支护形式和参数，能够得以保障安全和巷道的快速掘进工作。因此选择合理的锚网索联合支护参数、减少锚杆施工时间和降低锚杆索的支护密度，均是提高巷道掘进速度的主要方法。

4 大断面巷道的掘进工艺

4.1 巷道掘进方案

8#层83盘区辅助运输巷方位角270°，掘进工艺采用EBZ- 200型半煤岩掘进机进行施工，打眼支护使用MQT- 130型气动锚杆钻机和ZQS- 30/2.5型气动手持式钻机。全断面一次成型分两次截割，第一次截割断面4 000mm×4 420mm横向，第二次为1 240mm×4 420mm纵向。巷道在正常掘进时，在8#层83盘区辅助运输巷顶板安设一台JK- 3型矿用隔爆型激光指向仪作为巷道导向，其中激光至两帮的距离允许误差0～+100mm。巷道高度与设计允许误差 0～+200mm。

4.2 掘进工艺流程

巷道掘进工艺流程：采用“四位一体”安全检查→开机前准备→割煤→装煤、运煤→敲帮问顶→铺网→临时支护→永久支护→清煤矸、标准化作业→验收→延伸皮带输送机→下一循环。

机组的截割方式主要采用由下而上自左向右的循环截割方法，截割头逆时针旋转，等整个系统正常后，按切割顺序将截割头对准工作面左下角缓慢前移进刀，截割头钻入后，将铲板放下紧贴底板做为前支撑点，将机组稳定器放下做为后支撑点进行截割，要求顶板水平截割，两帮垂直截割，EBZ- 200悬臂式掘进机截割头最大外径为1 050mm，长度1 000mm，因此，每次截割深度不大于800mm，截割宽度1 000mm，进刀时应低速钻进(23rpm)，深度到位后，自左向右高速截割(46rpm)，司机在截割过程中要注意调整截深，避免机组过负荷运转。

5 巷道支护工艺

5.1 支护设计方案

根据矿井地测地质资料分析，8#层83盘区辅助运输巷施工范围内，基本顶为泥质胶结状，以粉砂岩及泥岩为主，含有厚度约8m含植物化石。直接顶为泥质胶结状，成分以粉砂岩及泥岩为主，含有厚度约6m含植物化石，无伪顶，因此，本次巷道支护采用锚网+锚索+W钢带+喷砼联合支护。

顶板采用φ20mm×2 200mm锚杆，间排距900mm×1 000mm，帮部采用φ20 mm×2 200mm锚杆，间排距900mm×1 000mm，选用长度为2 200mm的锚杆，顶板锚杆间距0.9m，帮部锚杆间距0.9m。8#层83盘区辅助运输巷煤层平均厚度为5.1m，伪顶平均厚度0m，巷道高度4.42m，因巷道-6°下山施工，设计取锚索长度为7 500mm，锚索间排距取2.5m×2.0m。

5.2 支护工艺流程

支护工艺流程：“四位一体”安全检查→开机前准备→割煤→装煤、运煤→敲帮问顶→铺网→临时支护→永久支护→清煤矸、标准化作业→验收→延伸皮带输送机→下一循环。

1) 临时支护

综掘机安装ZLJ- 10型机载前探梁作为临时支护，前探梁规格2 100mm×2 000mm(长×宽)，实现工作面无空顶作业。前探支护必须紧跟工作面，机载前探梁距掘进工作面距离不大于800mm，严禁在无前探支护的情况下进入工作面作业。

2) 永久支护

工作面最大空顶距离≤1 800mm，最小空顶距离≤800mm；锚索支护距工作面最大距离≤2 800mm，严禁空顶作业；帮部锚杆上部两排必须紧跟掘进工作面，下部两排滞后工作面不大于5m施工。

8#层83盘区辅助运输巷顶板设计使用φ17.8mm×7 500mm锚索，锚索使用3支树脂锚固剂，1支MSCKa2330，2支MSCKb2360(短在上，长在下)，锚索预应力≥120kN，张拉力≥24MPa，锚索间排距为2 500mm×2 000mm。巷道顶、帮锚杆设计巷道使用钢材屈服强度不低于335MPaφ20mm×2 200mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，顶、帮锚杆统一使用150mm×150mm×10mm高强度拱形托盘，使用一支MSCKb2360树脂锚固剂锚固，锚固力≥80kN，锚杆预紧扭矩力≥200N·m。顶、两帮采用“锚杆+钢筋网+锚索+W钢带+喷砼”，顶、帮锚杆间排距为900mm×1 000mm，锚杆间排距误差±100mm，呈距形布置；顶板采用5 640mm×1 200mm的8#菱形网，两帮网片均采用3 400mm×1 200mm的8#菱形网，网格规格50mm×50mm，搭接长度不少于200mm，搭接部分采用14#铅丝双道三花扭结联网，扭结间距不大于100mm。

网片铺设要求，网片铺平、铺展，紧贴顶帮，对(搭)接合理；网片搭接长度200mm，绑扎间距100mm；联网要孔孔相连，双丝双扣，绑扎牢固，绑死扭结不少于三圈；绑扎网片的铁丝茬头全面弯向巷道里侧，防止挂住人或物件。

6 结论

根据影响增子坊煤矿8303运输巷掘进的因素，采用EBZ- 200型半煤岩掘进机进行施工，打眼支护使用MQT- 130型气动锚杆钻机和ZQS- 30/2.5型气动手持式钻机。由于巷道顶板以泥质胶结粉砂岩和泥岩为主，因此巷道支护采用了“锚网+锚索+W钢带+喷砼” 的联合支护方式，合理的掘进工艺和有效的支护技术，有效地提高了该巷道的掘进速率，确保矿井的安全、正常生产。