小峪煤矿5102巷道探测及支护技术

高建洋

（大同煤矿集团朔煤小峪煤业有限公司，山西 朔州 038300）

1 工程概况

小峪煤矿5102巷位于南I盘区北翼，沿16#煤层掘进，煤层总厚度7.29～8.78 m，平均厚7.94 m。煤层结构从上到下分别为：煤、泥岩、煤、高岭岩，煤。其中上段煤2.98～3.77 m，均厚3.35 m，泥岩厚0.20 m，中段煤厚0.35～0.52 m，均厚0.42 m，高岭岩厚1.04～2.15 m，均厚1.44 m，下段煤厚2.29～2.84 m，均厚2.53 m。直接顶为砂质泥岩，厚度为2 m，普氏硬度系数为4～5，直接底为砂质泥岩，厚度为3 m，普氏硬度系数为4～5，老底为中粒砂岩，厚度为6 m，普氏硬度系数为5～6，见表1。

表1 煤层顶底板情况

5102巷设计为矩形断面，宽3.6 m，高3.2 m，掘进断面积为11.52 m2，为8102回采工作面回风巷道同时兼做材料运输巷。5102巷对应地表位于大河沟北部、大河湾西部，大西沟支沟发育，属季节性河流，对掘进无影响。地表无任何建筑物，地面标高+1 235～+1 295 m，工作面标高+1 160～+1 147 m。

2 物探及超前钻探设计

为了预防巷道掘进期间事故的发生，巷道在掘进过程中均遵循“有掘必探，先探后掘”的原则，在掘进工作面进行超前物探及钻探以消除水患，确保安全。5102巷在巷道掘进期间分别采用了直流电法及瞬变电磁法进行物探作业。

2.1 直流电法

巷道掘进时，每间隔120 m对工作面前方进行一次直流电法探测，探测结果表明安全后巷道可掘进80 m，然后再进行下一次探测。施工过程中采用A、M、N三极测深装置，分别将无穷远电极B放置于5～10倍的探测距离位置处，相对固定测量电极M、N，然后不断移动电极A在不同位置进行探测，并记录相应的数据，最终达到由近及远、由浅到深的测量目的。探测时，首先使用三极电测深装置在掘进工作面迎头同一测点逐次增大供电电极距，使得探测深度逐渐加大，最后获得观测点处垂直方向上视电阻率的变化情况。

2.2 瞬变电磁法

在采用瞬变电磁法时，在距离掘进工作面迎头14 m位置处开始布置测点进行探测，一般布置25个探测点（异常区可进行适度加密），最少不得少于11个测点，掘进过程中每间隔12 m进行一组探测。探测时，发射天线的法线方向朝向工作面迎头，每个探测点分别布置三个探测方向，分别探测向上45°、水平方向、向下45°（特殊情况根据现场作业环境进行设计），见图1。

图1 巷道竖直测点施工

物探结束后，工作面采用钻探的方式对采用直流电法及瞬变电磁法得到的物探结果进行验证，以确保工作面掘进过程中无水害威胁。若物探结果显示掘进迎头无异常，则按照本设计进行钻探验证，若物探结果显示有异常，应针对异常范围另外设计钻孔。第一孔钻探工作结束后，首先观察钻孔情况，未发现异常则进行下一孔的钻探工作。使用ZYJ－380/210液压架柱式回转钻机进行钻探作业，钻杆及钻头分别选用Φ=42 mm和Φ=65 mm。钻探作业时，钻孔沿16#煤层钻进，每组钻孔钻探结束后，工作面向前掘进30 m，留30 m超前距离。

3 巷道支护技术设计

3.1 临时支护方式

掘进工作面临时支护使用综掘机载超前支架进行作业，见图2。工作面综掘机完成截割装载作业后，将综掘机截割头放下，同时将用于支护的金属网放置于顶架上并用磁铁吸好。临时支护作业时，综掘机向前推动主架和顶架，使主架和顶架由原来的折合状态打开到预先设定好的位置和角度再抬升主架，当主架抬升至顶板后把金属网压紧在巷道顶板上。支护结束后，先将主架下降到最低位置，再将主架和顶架收回至掘进机位置。当综掘机载超前支架接顶不足60%时，没有接顶的区域必须使用道木备实压紧。掘进机每个循环进尺长度为0.9 m，永久支护最大空顶距为1.2 m，最小空顶距为0.3 m；巷道两帮支护最大滞后距离为7 m，锚索空顶距必须小于锚索间距。

图2 综掘机载超前支架

3.2 永久支护设计

5102巷支护形式为：锚杆+锚索+金属网联合支护方式，见图3。顶板布置锚杆5排，锚杆间排距设置为0.9 m×0.9 m。锚索布置方式为三花眼式，排距为1.2 m，一排锚索布置于巷道的中心位置，锚索间距为1.8 m。顶板锚杆为Φ20 mm×2 200 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚索为Φ17.8 mm×7 500 mm钢绞线。每根锚杆分别配一支CK2335树脂药卷、一支K2360树脂药卷，每根锚索分别配备一支CK2335树脂药卷、两支K2360树脂药卷。巷道锚杆托板为用170 mm×170 mm×10 mm的拱型预应力铁托板，锚索托板为300 mm×300 mm×14 mm方形铁托板。在巷道两帮各布置锚杆3排，锚杆间排距设置为0.9 m×1.0 m。其中，上排锚杆距离巷道顶板0.3 m，下排锚杆距离巷道底板0.9 m。两帮采用Φ18 mm×2 000 mm圆钢锚杆，每根锚杆配备一支K2360型树脂药卷，锚杆托板为100 mm×100 mm×8 mm的铁托板。

图3 5102巷支护参数

3.3 应用效果

截至2018年2月16日，5102巷道已掘出，巷道平均掘进速度达到200 m/月，掘进速度较采用新工艺前提高约30%，每米进尺支护成本降低278元，工人劳动强度大幅降低，为工作面的早日投产创造了有利条件，取得了显著经济效益。

4 结语

对小峪煤矿5102巷道掘进及支护技术进行总结分析。巷道掘进期间分别采用了直流电法及瞬变电磁法进行超前物探，并通过钻探进行验证。在巷道支护设计上提出了采用机载前探装置进行掘进头的临时支护，解决了长期以来掘进工作面临时支护效率低、作业强度高及危险程度高等问题。掘进速度较采用新工艺前提高约30%，每米进尺支护成本降低278元，工人劳动强度大幅降低，为采面的早日投产创造了条件。