煤矿联巷开口快速掘进技术与施工组织探究——以2306工作面底抽巷措施巷为例

张崇礼，李金波，任智明，王 辉

(1.新疆工程学院，乌鲁木齐 830091；2.神火集团有限公司，河南 永城 476600)

巷道成型控制是强化煤矿安全、保障煤矿生产安全的重要手段。地下煤矿联巷开口有三种类型：开口巷道中心线与基础巷道中心线的夹角大于90°、等于90°、小于90°。传统掘进工艺施工环节较多，组织复杂，危险系数较高，经常发生事故，且施工效率低，劳动强度大。煤矿联巷巷道开口处裸露顶板面积较大，是大断面巷道、硐室掘进的一种常见形式。必须合理控制联巷开口掘进断面，有效快速组织施工，保证联巷开口掘进后顶板得到有效支护，使巷道具有一定承载能力，形成新的应力平衡，确保联巷开口掘进施工效率及施工安全。巷道掘进速率影响矿井整体的建设和可持续生产，为了提高煤矿联巷开口掘施工效率，确保安全施工，不仅要对掘进技术进行优化，还应采用合理的支护措施并加强施工组织管理，提高煤矿联巷开口巷道的安全稳定性[1-6]。

1 工程概况

2306工作面底抽巷与措施巷南邻2306风巷，北邻2306机巷，西邻2306切眼，东邻2306风巷措施巷。

2306工作面底抽巷掘进范围处于三维地震勘探范围内，地质构造相对简单，煤层瓦斯含量较高。掘进范围内无较大断层，无岩浆侵入现象，掘进过程中将揭露H=2 m∠65°281°、H=1.4 m∠72°65°、H=1.6 m∠36°288°、H=1.5 m∠44°303°、H=3.5 m∠79°320°等正断层，受断层影响，断层附近煤岩层产状将会发生较大变化，且岩性较破碎。巷道掘进范围内，有褶皱构造发育，岩层产状起伏明显。

2306工作面底抽巷措施巷水文地质较简单，距L8灰岩含水层60 m，距L12灰岩含水层30 m。其中顶板砂岩含水层对2306工作面掘进施工安全具有较大影响。底抽巷措施巷预想地质剖面图见图1。

图1 2306工作面底抽巷措施巷预想地质剖面图

2 掘进施工工艺

巷道采用钻眼爆破法掘进，使用两掘一喷作业方式，选用P-60B耙装机联合皮带机出矸。支护材料、设备等由东翼轨道大巷进入2306风巷车场，运至掘进工作面。

2.1 凿岩爆破

凿岩钻眼选用YT-28型风动凿岩机，全断面一次打眼，装药与爆破分次进行。施工工序按照“交接班→安全检查→背前探梁→打顶锚杆与锚索→打上部眼→扒渣→出渣→打帮锚杆→打下部眼→爆破→初喷→复喷”顺序进行。

巷道断面设计为直墙半圆拱，爆破采用掏槽眼为楔形掏槽方式的光面爆破。施工时周边眼位于巷道设计轮廓线以里约50 mm，炮后用风镐、洋镐等将巷道扩刷至设计尺寸，每炮循环进度不超过2.1 m。为控制巷道成型和爆破效果，周边眼眼距设计成400 mm，辅助眼及底眼眼距设计成500 mm，并根据现场实际情况适当调整。打眼工序完成后的装药结构详见图2。

图2 装药结构图

2.2 装载及运输

爆破岩石装载机械采用P-60B型耙装机，耙装机安装在掘进工作面50 m以内的位置，用4根地锚将耙装机固定在底板，用吊挂锚杆，将耙装机尾部吊挂在顶板上，以确保设备牢固可靠。采用P-60B耙装机耙矸联合胶带输送机排渣运输。

矸石运输路线根据底抽巷车场形成前后分为两个不同路线，其中2306工作面底抽巷车场形成前为地面→副井→井底车场→东翼轨道大巷→2306风巷车场→2306工作面底抽巷措施巷。2306工作面底抽巷车场形成后为地面→副井→井底车场→东翼轨道大巷→2306工作面底抽巷车场→2306工作面底抽巷。

溜煤嘴形成前出矸(煤)路线：掘进工作面→2306风巷溜煤嘴→2306底抽巷东段措施巷→2306底抽巷溜煤嘴→胶带巷→煤仓→主井→地面。

溜煤嘴形成后出矸(煤)路线：掘进面→2306工作面底抽巷回风巷→2306工作面底抽巷溜煤嘴→2306底抽巷东段措施巷→2306底抽巷东段溜煤眼→胶带大巷→主井煤仓→主井→地面。

2.3 管线铺设和煤层防突措施

2306工作面底抽巷措施巷开口设置风水阀门，4吋风管、水管，接至巷道左帮延伸至掘进工作面，掘进工作面安装风水阀门，风、水管吊挂高度距底板不低于1.8 m。动力、照明、监测电缆线吊挂在巷道中间，监测线与电缆线间隔不小于300 mm，距底板不低于1.8 m。Ф800 mm阻燃风筒使用Ф7.7 mm钢丝绳吊挂在巷道的右帮，吊挂高度距底板不低于1.8 m。

3 支护设计

3.1 按悬吊理论设计锚杆支护参数

锚杆长度计算依据：

L=K·H+L1+L2

式中：L—锚杆长度(m)，H—不稳定岩层厚度(m)，其中：H=0.47，L1取0.5 m，L2取0.04 m，K取2。

则：L=2×0.47+0.5+0.04=1.48 m。

锚杆的间距与排距计算：

设计锚杆间距为a，排距也为a，那么通过公式：

式中：a—锚杆间、排距(m)，Q—100 kN/根，H—取0.44 m，γ—被悬吊岩体的容重，取25.48 kN/m3，K—取2。

则a=2.11 m。

锚杆直径计算：

式中：d—锚杆直径，Q—锚杆设计锚固力，取100 kN，σt—该巷道使用的是螺纹钢金属锚杆，抗拉强度取335 MPa。

经计算，结合经验对比，顶板锚杆采用Φ20 mm×2 200 mm的螺纹钢金属锚杆施工，锚杆间排距设计为700×700 mm。

3.2 锚索间距的校核

按组合梁悬吊理论，结合地质钻孔柱状图综合分析，直接顶无坚硬岩层，为采用Φ18.9 mm×8 000 mm的钢绞线，将锚杆加固的组合梁悬吊于坚硬岩层中，校核锚索间距，计算锚索间距公式：

式中：L-锚索间距，B-最大冒落宽度，2306工作面底抽巷、措施巷宽度设为4.7 m，H-冒落高度，取1.7 m，γ-25.48 KN/m3，L1-排距取0.7 m，F1-锚杆锚固力，100 kN，F2-锚索极限承载力，取320 kN，θ-锚杆与巷道顶板夹角，75°，n-锚索排数，取1，得4.38 m。

所以，措施巷及车场设计锚索间排距为1 500×2 000 mm，间排均小于4.38 m，所选锚索参数及间排距满足设计要求。

根据以上计算过程，得出2306工作面底抽巷巷道支护设计：采用Φ20×2 200 mm的螺纹钢金属锚杆支护帮、顶，间排距为700×700 mm，锚索采用Φ18.9 mm×8 000 mm的钢绞线，间排距为1 500×2 000 mm。

3.3 巷道支护形式及参数确定

根据计算及邻近开掘巷道资料，得出此巷道采用锚杆+锚索+金属网+喷浆联合支护。锚杆采用Φ20×2 200 mm螺纹钢金属锚杆，托盘采用140×140×10 mm金属托盘，锚杆外露长度10～50 mm，每根锚杆使用3支锚固剂，间排距为700×700 mm。金属网采用Φ6 mm圆钢点焊而成，规格为2 000×900 mm，网格100×100 mm，网片搭接长度为100～200 mm，网片压茬，绑扎间距大于等于100 mm。锚索采用Φ18.9×8 000 mm的钢绞线，托盘规格300×300×20 mm，间排距为1 500×2 000 mm，3根一排，每根使用锚固剂6支，外露长度在150～250 mm。措施巷及车场做强度C20厚度50 mm的喷射砼与喷浆支护。

4 结语

对于地质构造简单、水文地质条件相对较简单，且煤层瓦斯含量高的煤矿回采工作面，在回采工作面底抽巷措施巷等掘进与支护施工过程中，提出了联巷开口快速掘进技术、巷道支护设计及施工工艺新方法。为煤矿联巷开口快速掘进、巷道稳定以及矿井安全高效生产奠定了基础，为矿井的生产管理提供了可靠的安全保障，对同类型地质条件的矿山巷道施工具有一定借鉴意义。