四明山煤矿9104运输巷综掘施工工艺研究

郭海明

(四明山煤业有限公司,山西 高平 048400)

1 前言

巷道的掘进速率决定着矿井的生产接续，随着矿井开采中地质条件更加复杂，大断面、高地压、支护工艺、掘进施工工艺等因素都导致巷道掘进以及围岩控制难度逐渐加大，制约着巷道掘进效率的提升，造成矿井的采掘衔接关系紧张[1-2]。为了提高厚煤层大断面巷道掘进速率，不仅要对巷道掘进工艺进行优化，还应采用合理的支护措施，提高巷道的稳定性[3-4]。本文以9104运输巷为研究对象，采用安全高效的掘进施工工艺及确定经济合理的支护参数，保证巷道的安全快速掘进。

2 工作面概况

9104运输巷位于井田南部一采区，地面标高962～1 009m，工作面标高835～905m。由北向南开拓，巷道设计长度1 250m，断面净宽4.8m，沿9#煤层顶板向南开拓至井田边界保安煤柱。北为9#煤南翼辅运下山，南为井田边界煤层保护线，东为实体煤层，西为实体煤层。9#煤层平均厚度5.94m，倾角为2°～10°。煤层直接顶为厚6.2m砂质泥岩，基本顶为厚5.4m细粒砂岩，直接底为厚1.6m砂质泥岩，基本底为厚2.4m灰岩。

9104运输巷掘进期间煤层底板倾角总体较为平缓，预计煤层底板倾角变化2°～15°。9104运输巷在掘进至约460m处会揭露一小型向斜，倾角最大为8°，顶板可能存在较破碎地段，需加强顶板控制；掘进至约540m处，巷道处于下山阶段，煤岩层倾角变大，预测倾角13°～15°，巷道坡度增大，顶板可能较为破碎，顶板淋水可能增加，要加强顶板控制及排水工作。

3 巷道掘进施工工艺

3.1 掘进方式

9104运输巷采用综掘机施工，巷道沿9#煤层顶板掘进。由于巷道断面大，综掘机无法一次掘进成巷，采取短掘短支的掘进支护工艺，分层进行掘进支护。首先施工巷道上部，根据中腰线画出上部巷道轮廓线，然后进行截割掘进，上部断面高度控制在2.8m，掘进后在临时支护保护下及时进行锚网索喷支护。上层施工完毕后，根据中腰线画出下部巷道轮廓线，然后进行截割掘进，掘进后在临时支护保护下及时进行锚网索喷支护。

南胶带巷掘进选用EBZ200型悬臂式综掘机，其具有截尺排列密集、单轴抗压强度高等优点。根据巷道掘进时围岩的完整性，在顶板完整、顶板破碎和易片帮区域围岩分别采用不同的掘进施工工艺，具体如图1所示。

3.2 装载和运输

9104运输巷道掘进期间，在运输巷道安装一部DSJ80/40/2×55带式输送机，经过南翼胶带下山带式输送机→集中胶带大巷带式输送机→主斜井带式输送机至地面。设备、材料等采用WCJ2E防爆胶轮车运输，在地面装好后，从副斜井入井，经过南翼辅运下山运送至9104运输巷道掘进工作面。

4 支护工艺

9104运输巷受褶曲、断层等地质构造的影响，掘进后围岩变形较大，因此，需要采用锚网索+注浆加固的支护措施加固巷道围岩强度，提高巷道整体稳定性，保证工作面的安全高效回采。

4.1 锚网索支护

1)构造变形较大区域

褶曲、断层等构造造成9104运输巷围岩变形量大，占巷道围岩总变形量的65%～75%，因此，采用锚网索对巷道加强支护，其支护参数见表1，支护示意图如图2所示。

图1 9104运输巷掘进施工工艺

巷道掘进至构造区域时，顶板易破碎，影响巷道的掘进速率和安全，因此，需要增加锚杆和锚索的数量，提高支护强度。当巷道掘进至褶曲、断层前后10m区域时，由一般区域每排布置2根锚索，顶板每排打5根锚杆，两帮每排打3根锚杆增加至每3排打8根锚索，顶板和两帮每排分别打6根锚杆，提高构造区域支护强度，保证巷道围岩的完整性。

表1 断层等构造区域锚网索支护参数

图2 构造区域支护示意图

2)一般区域

尽管9104运输巷一般区域围岩变形量相对于构造区域小，但是为了保证巷道掘进施工的稳定性，同样需要采用锚网索支护，提高巷道整体稳定性。但是锚网索的规格与间排距等参数有所不同，其参数见表2。

为了提高锚杆支护后所形成承载结构的稳定性，需要在9104运输巷锚杆之间采用φ14mm的圆钢焊制的钢筋梯子梁连接，进一步提高支护的强度。

表2 一般区域锚网索支护参数

4.2 注浆加固

9104运输巷采用注浆加固，提高巷道围岩的完整性[5-6]。采用注浆锚杆施工，将注浆孔与锚杆合二为一。选用QB152型便携式注浆泵，注浆液为水泥、黄沙、石子配置而成，三者比例为1∶2∶2，水灰比为0.45∶1。注浆开始后缓慢增加压力，正常注浆压力为0.5～1.0MPa，终压为2.0MPa。根据巷道围岩性质，确定注浆参数见表3。

表3 注浆施工参数

当巷道围岩相对位移为27mm时，可知围岩1.5m范围内已产生松动裂隙，此时为注浆最佳时机，浆液有效扩散范围将达到2.3m。

5 效果检验

9104运输巷采用锚网索支护和注浆加固后，采用采用“十字布点”的方式监测巷道的围岩变形量，验证支护效果。巷道支护后监测围岩变形量见表4。

由表4可知，巷道采用锚网索支护和注浆加固后，巷道围岩变形量有了明显的减小，平均最大围岩变形量为0.02m。由此可知，支护提高了巷道围岩的承载能力，有效减小了围岩变形量，保证了巷道的掘进速率和安全。

6 结论

(1)9104运输巷由于断面大，采取短掘短支的掘进支护工艺，分层进行掘进支护。根据巷道掘进时围岩的完整性，在顶板完整、顶板破碎和易片帮区域围岩分别采用不同的掘进施工工艺。

表4 9104运输巷围岩变形量 单位：m

(2)巷道掘进后，采用锚网索支护和注浆加固提高巷道的承载能力，分别设计了锚网索支护和注浆参数。采用“十字布点”监测支护后巷道围岩变形量验证支护效果，根据监测结果可知，支护后9104运输巷围岩平均最大变形量为0.02m，由此可知，支护取得了良好效果，提高了巷道的稳定性。