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        掘進巷道快速過陷落柱施工工藝研究

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        掘進巷道快速過陷落柱施工工藝研究

        [摘要]針對井下掘進巷道在遭遇陷落柱等地質構造時采用爆破掘進工效低、人員勞動強度大等問題,結合常村煤礦東翼膠帶運輸巷揭露的實際地質情況,對巷道原有的施工工藝和支護方式存在的問題進行研究分析,制定一系列有針對性的技術措施,從而提高巷道過陷落柱時的掘進效率,同時支護效果得到明顯改善。現場試驗結果表明:采用制定的一系列綜合技術措施后,巷道掘進日進尺由2m提高到了5m,巷道頂板下沉量<200mm,巷道兩幫移近量<300mm,巷道整體支護效果良好。

        [關鍵詞]陷落柱;錨網支護;壁后注漿;動態監測

        1工作面概況

        常村煤礦主采煤層為二1煤層,平均煤層厚度5.5m。東翼膠帶運輸巷位于常村煤礦13采區東翼,巷道地面標高+539.7~+575.9m,井下標高-100~-138m。巷道直接頂為厚度2.98m泥巖,老頂為厚度6.23m大占砂巖;直接底為厚度0.93m砂質泥巖,老底為厚度2.29mL8灰巖。該大巷布置在二1煤層中,沿二1煤層頂板施工,巷道施工斷面為直墻斜頂斷面,采用錨桿(索)、金屬網和W鋼帶梁聯合支護,巷道凈寬5m、凈高3.5m、斷面面積17.5m2。東翼膠帶大巷整體為單斜構造,掘進區域煤層疏松易破碎。根據礦井地質資料顯示,巷道在掘進至1240m處時,將揭露DY30陷落柱,預計陷落柱短軸長40m,長軸長50m,預計巷道在向前施工45m后將會通過該陷落柱。

        2原巷道掘進施工過陷落柱存在問題

        2.1施工工藝工序存在的問題

        礦井原巷道掘進施工采用EBZ-160型懸臂式掘進機進行巷道割煤掘進作業,在巷道掘進施工作業過程中,若遭遇陷落柱,在巖石硬度系數≤5時,則使用綜掘機直接截割陷落柱巖石的方式進行掘進;在巖石硬度系數>5時,綜掘機截割巖石難度較大,容易損壞設備,此時通常采用爆破的方法進行掘進,在工作面迎頭進行打眼裝藥爆破后,采用綜掘機進行出矸。因為EBZ-160綜掘機功率較小,掘進巖石硬度系數較大的矸石難度大,出矸裝運矸石時容易出現機器卡絆的現象;而且,因為該掘進機作業時負荷大,長時間運行時容易出現設備油溫過高、油管接頭滲油或者崩裂現象,造成施工效率降低。采用爆破掘進施工時,由于巷道斷面大,施工的炮眼多,且爆破工序及前期準備工作繁多,造成爆破掘進施工進度慢,人員勞動強度大、工效低。因此,在巷道過陷落柱施工時,由于工藝工序復雜、勞動強度增大,所以施工效率降低[1]。

        2.2支護方式存在的問題

        東翼膠帶運輸巷采用錨網索配W鋼帶梁聯合支護,其中采用的錨桿為準22mm×2400mm左旋無縱筋錨桿;托盤采用直徑150mm、厚10mm的鋼板制成;鋼筋網采用準6.5mm鋼筋制作,網片規格1200mm×2000mm,網孔規格60mm×60mm;采用型號為Z2350和K2350錨固劑,規格準23mm×500mm,質量640g±10g。錨桿布置:巷道頂部布置7根錨桿,頂板兩側錨桿距肩窩100mm,其余錨桿間距800mm,排距1000mm;幫部布置5~7根錨桿(根據煤層傾角確定),最頂部錨桿距肩窩100mm,第2根錨桿間距400mm,最下部錨桿距底板不大于100mm,其余錨桿間距800mm,錨桿預緊力矩不低于260N•m。錨索布置:巷道頂部錨索采用準18.9mm×7200mm鋼絞線,呈“4-4”布置,間排距1500mm×800mm;幫部錨索采用準18.9mm×4200mm鋼絞線。每個錨索孔采用1節K2350型快速樹脂錨固劑和2節Z2350型中速樹脂錨固劑錨固,托盤規格為300mm×300mm×16mm,錨索預緊力不低于100kN。巷道支護斷面如圖1所示。在巷道過陷落柱掘進施工期間,由于頂板巖層破碎、整體性差,巷道頂部錨桿(索)錨固力很難達到設計要求,造成頂板錨桿(索)支護效果差,存在較大安全隱患。在巷道施工過程中,為確保巷道支護質量合格,保證施工安全,需在原巷道采用錨網索支護的基礎上,在距離掘進巷道迎頭10m位置開始采取架設36U型鋼棚進行加強支護。U型鋼棚巷道凈下寬5600mm,凈高3500mm,棚距800mm,每棚使用3根拉桿,每幫使用3套卡纜,梁腿搭接500mm,空幫空頂處使用背板背實,支護形式如圖2所示。采用U型鋼棚支護時,需人工挖柱窩,抬運U型鋼棚,架棚時需多人配合施工,人員勞動強度大,施工難度大,安全系數低,且增加了人員力量投入,造成掘進作業施工工效降低,影響掘進進尺,造成礦井采掘接替緊張。

        3過陷落柱掘進工藝優化方法

        3.1掘進裝備改進優化

        由于原巷道掘進時采用爆破掘進工藝,該工藝工序多,人員投入多,效率低。為解決該施工工藝難題,需使用大功率機械化裝備代替炮掘工藝來快速過陷落柱。在東翼膠帶運輸大巷安裝使用了EBZ260型巖巷掘進機機組用來掘進割巖,該巖巷掘進機截割和裝載功率高、破巖裝巖能力強,可以截割巖石硬度系數>5的全巖巷道,對地質條件較差的工作面適應能力強。因此,在采用該巖巷掘進機組后,工作面過陷落柱期間,不再對巖石進行爆破,減少了打眼裝藥爆破工序,同時由于該機組裝巖能力強,在掘進迎頭出碴期間,不會出現溜子卡碴現象,從而大大提高掘進施工效率,實現了過陷落柱期間的快速掘進。用來填充巷道巖層裂隙,使巷道圍巖形成一個整體,提高巷道圍巖結構穩定性,從而提高其承載能力[2]。采取壁后注漿時,分別在距巷道兩幫頂部1m和2m位置各施工1個注漿孔,注漿孔排距為2m,注漿采用525水泥搭配水玻璃攪拌均勻后進行注漿。(4)巷道頂部全錨索支護。當巷道掘進過陷落柱時,若巷道頂板錨桿(索)錨固力達不到設計要求時,采取變更巷道頂板支護方式的措施,即在巷道頂部全部采用錨索支護,不再使用錨桿,采用全錨索支護時,其間排距按照原設計的錨桿間排距進行施工,并采取錨索全長預應力錨固,從而提高巷道頂部錨索的錨固力。(5)巷道噴漿封閉。由于所施工東翼膠帶運輸巷的巷道直接頂為泥巖,在掘進揭露直接頂后,極易出現風化破碎變形,同時因揭露的陷落柱對巷道圍巖結構影響較大,易出現圍巖節理裂隙發育。巷道圍巖裂隙內容易進入空氣,從而使圍巖深部受空氣影響出現風化變形,導致巷道圍巖變形破壞更快。因此,為防止巷道圍巖出現風化,從距揭露陷落柱20m位置開始對巷道進行全斷面噴漿封閉。噴漿料采用C20混泥土,巷道平均噴漿厚度在50mm左右。(6)加強頂板圍巖動態礦壓監測。從巷道距揭露陷落柱20m位置開始,每間隔20m布置1個礦壓監測分站,每個測站在巷道斷面內布置3個測點進行測量,其中巷道頂部巷中位置布置1個、巷道兩側各布置1個(兩側的測點要求成水平布置)。每個測站安裝MCZ-200、MCZ-300錨桿(索)測力計監測錨桿(索)受力狀況,安裝WBY-10頂板離層儀對頂板離層進行監測。通過測站實時對巷道圍巖變形進行動態監測,發現巷道頂板離層變形加大,巷道兩幫位移量增大等情況時,及時組織分析原因,進一步采取補強加固措施。

        4實施效果分析

        (1)通過在井下現場試驗,采用EBZ260巖巷掘進機組截割巖層過陷落柱時,極大地提高了巷道掘進效率,使巷道掘進日進尺由原來的2m/d提升至5m/d,從而提高了礦井進尺水平,極大地緩解了礦井接替緊張的局面。同時采用掘進機截割,減少了打眼裝藥爆破工序,減少了人員投入,避免了打眼放炮帶來的各種安全隱患。(2)巷道采用全斷面噴漿和壁后注漿措施后,杜絕了巷道表層風化,加固了巷道圍巖結構,減少了巷道圍巖的破壞率,巷道頂板得到了有效控制。(3)通過監測分站對巷道頂板下沉量和巷幫位移量進行監測發現,巷道頂板下沉量<200mm,巷道兩幫移近量<300mm,巷道整體支護效果良好。

        5結語

        在井下巷道掘進過程中遭遇陷落柱等地質構造時,會極大地影響掘進施工效率,增加勞動強度。通過更換巷道掘進裝備,安裝使用大功率的巖巷掘進機組來直接截割巖石,減少了打眼裝藥爆破工序,大大提高了巷道掘進效率。常村煤礦通過采取“提高巷道頂板護表和支護強度、巷道圍巖壁后注漿加固、巷道頂部全錨索支護、噴漿封閉和圍巖動態實時監測”等綜合技術措施,有效提高了巷道支護效果,實現了井下掘進巷道安全、高效、快速地通過陷落柱,為礦井今后過陷落柱等地質構造提供豐富的經驗。

        [參考文獻]

        [1]馬冠華.巷道掘進過陷落柱支護的優化[J].機械管理開發,2020,2(2):38-40.

        [2]李杰.掘進巷道過陷落柱安全技術措施研究[J].山東煤炭科技,2019,4(4):46-47.

        作者:郝宏偉 單位:山西煤炭運銷集團簸箕掌煤業有限責任公司

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