薛虎溝礦復采煤層掘進工藝研究

景衛星

（霍州煤電集團有限責任公司團柏煤礦， 山西 霍州 031400）

復采煤層多出現在資源整合礦井中，礦井實際生產過程中面臨著許多技術難題。復采煤層受到采空區或空巷的影響，工作面掘進或回采工作都出現了很大的不確定性[1-2]。如何避免這種不確定性，加強掘進或回采工作的安全性，是許多資源整合型礦井面臨的共同難題[3-5]。因此以薛虎溝礦復采煤層巷道掘進為背景，研究在掘進遇空巷、遇采空區的情況下加強頂板控制、提高掘進速度的問題。

1 工程概況

霍州煤電薛虎溝煤業為山西焦煤整合復采的礦井之一，井田內除原薛虎溝煤業有限公司和麻子溝煤礦外，在井田南部還分布有已關閉的陳家嶺村辦煤礦和三對私人開辦井口，井田面積為4.061 6 km2，礦井生產規模為90萬t/年。井田范圍內總體地勢東高西低，坡度自西向東增大?？傮w為傾向北西的簡單單斜構造，地層傾角一般1°～7°，斷層不發育。整合礦井需要對井田南部地段2、10號煤層進行開采，而原有開采區域對2、10號煤層造成了一定范圍采空破壞。2號煤層巷道掘進過程中，被小煤窯破壞區域揭露較多，導致在這種條件下頂板管控較復雜，支護材料和掘進成本也都顯著增加。

2 復采煤層巷道斷面掘進設計

2.1 巷道斷面設計

2.1.1 設計依據

1）根據礦井現有EBZ-160綜掘機規格（凈高1.7 m，機身凈寬2.55 m，鏟板凈寬3.1 m，機身總長度9.8m）和斷面設計標準要求，鏟板距兩幫預留0.3m的安全間距，同時考慮風筒、管線的布置狀況，順槽斷面凈寬不低于3.7 m，凈高不低于2.8 m。

2）根據工作面設備尺寸計算：轉載機（寬×高）=1.51 m×2.02 m，馬蹄兒機尾（寬×高）=2.22 m×1.875 m，設備自移列車規格（寬×高）=1.4 m×2.3 m，25T支架搬運車（寬×高）=2.2 m×1.9 m。

3）按照設計規范行人道布置留設不小于1.0 m，非行人道留設不小于0.3 m，巷道電纜、管路吊掛（按6寸排水管路計算）留有0.5 m吊掛距離。

2.1.2 設計結果

1）輔助運輸大巷。巷道采用5000型U型棚為永久支護，為直壁半圓拱斷面。巷道毛尺寸（寬×高）=5 500 mm×4 450 mm，凈尺寸（寬×高）=5 000 mm×4 100 mm（其中200 mm底板硬化），拱高為2 500 mm，墻高1 700 mm，棚距800 mm。

2）2-1011巷。巷道采用3500型U型棚為永久支護，為三心拱斷面。巷道毛尺寸（寬×高）＝4 200 mm×3 150 mm，凈尺寸（寬×高）＝3 500 mm×2 800 mm，拱高1 750 mm，墻高1 050 mm，棚距800 mm。

3）2-1012巷。巷道采用4200型U型棚為永久支護，為用三心拱斷面。巷道毛尺寸（寬×高）＝4 900 mm×3 550 mm，凈尺寸（寬×高）＝4 200 mm×3 200 mm，拱高2 100 mm，墻高1 200 mm。

2.2 巷道掘進方式

目前較常用的掘進方式有人工掘進、炮掘工藝、綜掘工藝。相比而言，綜掘工藝工人勞動強度小、成巷質量高、掘進速度快，有利于頂板支護，2號煤層復采時設計采用綜掘工藝進行施工，具體如下。

1）輔助運輸大巷。巷道設計總長度為1 170 m，開口炮掘施工60 m后采用綜掘機掘進。巷道揭露煤層最小厚度為2.5 m，最大厚度為4.5 m，沿底板掘進，下部平均存有1.0 m左右原始煤層，其余為復采煤層。

2）2-1011巷。巷道設計總長度為560 m，開口人工掘進20 m后采用綜掘機施工。巷道揭露煤層最小厚度為3.2 m，最大厚度為3.8 m，沿底板掘進，上部平均存有1.0 m左右復采松軟煤層。

3）2-1012巷。巷道設計總長度為510 m，開口人工掘進20 m后采用綜掘機施工。巷道揭露煤層最小厚度為2.5 m，最大厚度為3.8 m，沿底板掘進，上部平均存有1.0 m左右復采松軟煤層。

2.3 巷道支護形式

通過對錨網梁支護、梯形棚支護、半圓拱U型棚支護、三心拱U型棚支護對比分析后得知，錨網梁支護錨護強度無法達到要求，梯形棚支護對端頭和超前位置支護難度大，半圓拱U型棚支護需要二次替換支護，而三心拱U型棚支護的支護強度大，控制切實可行，較符合復采煤層現狀。

1）輔助運輸大巷。永久支護為直壁半圓拱斷面，U型棚選用 5000（29U）U型鋼棚，棚距 800 mm，每架U型棚使用3根拉桿，正頂1根，棚梁與棚腿搭接處各一根，棚梁與棚腿搭接500 mm，卡纜間距350 mm，卡纜螺栓扭矩不得小于180 N·m，柱窩深度200 mm，頂幫用水泥背板背實，采用“花背”，水泥背板規格為1 000 mm×150 mm×80 mm，背板數量36/37塊，頂幫采用1 200 mm×900 mm的鋼筋網片緊靠棚子全斷面鋪網，金屬網選用Φ6 mm鋼筋焊制，網格大小為100 mm×100 mm，網片搭接100 mm，每100 mm用聯網絲聯一道，聯網用14號鉛絲，每道不小于三圈。

2）工作面順槽（以2-1011巷重點描述）。永久支護為三心拱斷面，U型棚選用3500（29U）三心拱U型鋼棚，棚距800 mm，每架U型棚使用2根拉桿連接，棚梁與棚腿搭接處各一根，棚梁與棚腿搭接500 mm，卡欄間距350 mm，卡纜螺栓扭矩不得小于180 N·m，柱窩深度200 mm，頂幫用方木背實，采用“花背”，方木規格為1 000 mm×150 mm×80 mm，背板數量24/25塊，頂幫采用鋼筋網片緊靠棚子全斷面鋪網（二牛背以上采用菱形網和鋼筋網雙層鋪設，鋼筋網緊貼U型棚），鋼筋網規格為Φ6 mm×1200 mm×900 mm，網格大小為100 mm×100 mm，菱形網規格為3 500 mm×900 mm，網格大小為40 mm×40 mm，網片搭接100 mm，每100 mm用聯網絲聯一道，聯網用14號鉛絲，每道不小于三圈。

3 復采煤層巷道斷面掘進關鍵技術

3.1 輔助運輸大巷支護形式

輔助運輸大巷開始施工時，采用錨網梁、錨索、U型棚、噴漿復合支護。錨網梁、錨索作為超前支護，U型棚滯后錨桿支護5 m，最后進行集中噴漿。此項支護巷道支護成本過大，施工過程中不斷對2號煤頂板壓力觀測發現，偽頂和直接頂已基本跨落，老頂局部下沉，已至穩定，通過觀測，剔除錨網梁、錨索支護，直接采用U型棚、噴漿聯合支護作為永久支護方式，不但節約材料消耗，而且噴漿對小煤窯破壞區的漏風問題可以有效管控。因此，輔助運輸大巷采用U型棚、噴漿聯合支護。

3.2 巷道沿頂底板掘進形式

由于順槽巷道掘進時煤層厚度大于巷道高度，沿底板掘進復采煤偽頂難以留存，造成背頂量增加、材料投入加大。為解決這一問題，在2-1011巷嘗試沿2號煤頂板掘進，在施工60 m后，發現U型棚腿不能落至實底，導致棚腿回縮嚴重，而且由于復采煤層酥軟，永久支護后，頂板及兩幫來壓，造成U型棚扭曲變形以及回采過程中支護材料難以回收利用。因此，巷道掘進擬采用沿底板掘進施工。

3.3 幫部背板形式

2-1012巷施工期間為減少支護材料消耗，嘗試在棚腿上焊制3根擋板（二牛背1根，直墻部2根），貼煤壁鋪設菱形網，而后將木背板放在擋板上，每架U型棚直墻部共鋪設6根木背板，施工至40 m后發現兩幫部受壓變形嚴重造成幫部大量網包，從而導致巷道整體壓力增大，導致U型棚變形嚴重。因此，應當采用木背板正?；ū呈┕?。

3.4 U型棚開口

在U型棚巷道開口時首先對開口段巷道頂板進行加強支護，根據開口的巷道寬度，在原巷道開口段正頂處施工組錨索（超出開口巷道兩幫即可）配合槽鋼將U型棚梁懸吊加強支護，而后將開口幫U型棚腿進行拆除，并在開口巷道進行架棚，將開口巷道頂板控制住后，對開口處超長棚梁進行切除，并將U型棚垂直交接處勾實，最后用網片進行包裹。

4 結論

通過對薛虎溝礦巷道掘進工藝的研究發現，復采煤層適宜采用沿底板方式掘進，根據設備及規程要求，合理設計了巷道斷面形狀尺寸，確定采用U型棚為永久支護方式。研究結果在薛虎溝礦應用實踐表明：輔助運輸大巷月掘進度在130 m左右，工作面順槽月進尺量為200 m左右，掘進技術得到一定程度的進步，可為復采煤層掘進實踐工作提供指導。