煤层巷道施工工艺研究

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摘要：对塔山煤矿近距离煤层2204巷过盘区辅运巷的采动影响进行分析研究，提出了合理有效的施工工艺及安全支护技术措施。施工实践获得成功，成效显著。

关键词：掘进巷道；近距离煤层；穿层；施工工艺

1工程概述

塔山矿二盘区可采煤层为山2#石炭二叠纪煤层，2204掘进工作面位于二盘区以西，巷道设计长度为1810m，巷道宽度为5.2m，巷道高度为4.5m，2204巷以北布置三条大巷分别为盘区回风巷、盘区辅运输巷、盘区皮带巷（见图1），三条大巷标高分别为720m、720m、724m，三条大巷之间预留保护煤柱宽度为30m。2204巷在掘进期间为便于形成稳定的出煤系统，巷道从盘区皮带巷指定位置采用爆破施工工艺进行开口施工，巷道掘进40m后以6°俯角下山掘进直至进入山2#煤层顶底板后再继续平行掘进，当2204巷掘进30m后将进入盘区辅运巷顶板上方，此时两巷之间煤层预留厚度为4m，属近距离煤层过巷掘进。根据塔山矿地测科提供地质资料显示，二盘区辅运巷顶板主要以炭质泥岩、砂岩等混合岩石层为主，稳定性差，易垮落。当施工巷道掘进30m后过巷期间受爆破震动及集中应力影响，盘区辅运巷顶板支护失效严重，局部出现冒顶现象，若不采取有效的技术措施，很容易发生重大煤矿安全事故。通过技术研究，分析了2204巷过巷期间存在的难题，并根据实际情况提出了对传统施工工艺及支护工艺进行改进，以确保施工巷道安全顺利过巷掘进。

22204巷过巷掘进施工存在的技术难题

1）由于2204巷开口施工时采用全断面爆破施工工艺，当施工巷道掘进至盘区辅运巷上方时采用该掘进施工工艺时巷道堆积的煤矸石多重量大，且全断面一次性爆破装药量大，受爆破震动、煤矸石承重以及围岩应力的影响很容易发生辅运巷顶板垮落事故。2）盘区辅运巷原支护设计中顶板采用锚杆、锚索联合支护，锚杆长度为2.5m，锚索长度为5.3m，当2204巷过巷掘进时将揭露辅运巷顶板部分锚索，锚索失效现象严重，同时在过巷时辅运巷顶板锚杆锚固端与2204巷之间层间距为1.5m，锚固质量及支护效果大大降低。

3施工方法

2204巷过巷掘进期间为避免因大断面爆破施工造成盘区辅运巷顶板垮落，通过技术研究决定采用分层预留底松动爆破施工工艺，具体施工方法如下：1）当2204巷掘进至25m时停止全断面一次性爆破，采用上分层预留底松动爆破施工工艺，上分层厚度为3.5m，预留底煤层厚度为1.0m。2）上分层掘进时采用松动爆破施工工艺，爆破期间炮眼深度为1.0m，每个炮孔填装长度为300mm，装药量为300g乳化炸药，孔口采用炮泥及水袋进行封堵。3）过巷掘进期间上分层松动爆破每茬进度控制在0.8m，爆破施工后及时对2204巷顶板施工永久支护，当2204巷过盘区辅运巷5m后停止分层掘进。4）2204巷过巷掘进期间上分层掘进到位后及时对下分层进行起底，采用风镐及洋镐进行人工起底，起底厚度为1.0m，起底后及时将煤矸石清理干净。5）当巷道起底到位后在盘区辅运巷正上方前后3m范围继续起底，起底深度为0.5m，起底后对其进行预埋11#工字钢梁并浇筑，11#工字钢梁长度为6m，钢梁平行于施工巷道布置，钢梁间距为0.3m，共计铺设15根，见图2。6）钢梁铺设后对其进行混凝土浇筑，建筑厚度为0.5m，浇筑后必须与2204巷设计底板处于同一水平面。

4支护工艺

为保证2204巷过巷掘进期间盘区辅运巷顶板安全稳定，通过研究决定对盘区辅运巷架设特制U29型工字钢棚，具体施工方法如下：1）特制U29型钢棚主要由五部分组成，两节棚腿、三节顶梁组成，顶梁与顶梁之间以及顶梁与棚腿之间采用卡缆进行预紧固定，钢棚间距为1.0m，共计架设10架U29型钢棚。2）为确保U29型钢棚架设稳定，在钢棚架设前在架设棚腿位置处进行起底，起底规格为长×宽×深=0.3m×0.3m×0.2m，起底后将棚腿底座放入并进行浇筑，浇筑厚度为0.2m，浇筑后确保浇筑面与辅运巷底板平整。3）棚腿底座固定后采用连接螺母将棚腿与其固定，棚腿与底座固定后在棚腿中部位置施工各施工两根固定锚杆，并采用卡缆将棚腿与巷帮进行固定。4）两节棚腿架设完后开始架设钢棚顶梁，架设顶梁时现架设两侧梁后架设中间梁，梁与梁之间采用卡缆连接且预紧力不得低于200N•m。为确保钢棚顶梁安全稳定，采用长度为2.0m锚索将顶梁与顶板进行固定。5）为确保相邻两架U29型钢棚之间存在联锁固定作用，相邻两架钢棚之间采用两组连接杆进行连接，所有U29型钢棚架设完后在钢棚与顶板、巷帮间隙处填塞水泥背板，水泥背板规格为长×宽=1.2m×0.3m。6）2204巷的过巷掘进期间每班必须安排专人对辅运巷架设的U29型钢棚进行检查，检查内容主要包括卡缆预紧力、钢棚变形情况等，一旦发现安全隐患必须及时处理。

5结语

通过技术分析研究塔山矿2204巷过盘区辅运巷掘进期间存在的技术难题，并对传统施工工艺及支护工艺进行改进。实践证明采用分层预留底松动爆破施工工艺有效解决了因全断面一次性爆破时工作面煤矸量大、爆破震动力度强从而造成顶板垮落的难题，同时在盘区辅运巷架设U29型钢棚对其顶板进行加强支护，保证了过巷掘进期间顶板稳定性，保障了2204巷过巷期间掘进施工安全。实现了近距离煤层安全快速过巷掘进，取得了显著的经济效益及安全效益。

参考文献：

〔1〕高雄.近距离煤层巷道掘进支护工艺研究[J].煤炭科技，2011（3）：56-57.

〔2〕王宇飞.近距离煤层过巷掘进技术研究与应用[J].江西煤炭科技，2016（6）：65-66.

〔3〕李东奇.掘进巷道过断层破碎带架设U29型钢棚支护技术应用实践[J].煤，2009（8）：48-49.

〔4〕张飞.近距离煤层巷道掘进施工工艺研究分析[J].内蒙古煤炭经济，2011（4）：65-66.

〔5〕马金和.大断面掘进巷道爆破施工工艺技术研究[J].山西煤炭，2014（4）：123-124.

作者:姚旭 单位:大同煤矿集团