近距離煤層巷道過巷掘進施工工藝應用實踐

姚 旭

1 工程概述

塔山礦二盤區可采煤層為山2#石炭二疊紀煤層，2204掘進工作面位于二盤區以西，巷道設計長度為1810 m，巷道寬度為5.2 m，巷道高度為4.5 m，2204巷以北布置三條大巷分別為盤區回風巷、盤區輔運輸巷、盤區皮帶巷（見圖1），三條大巷標高分別為720 m、720 m、724 m，三條大巷之間預留保護煤柱寬度為30 m。2204巷在掘進期間為便于形成穩定的出煤系統，巷道從盤區皮帶巷指定位置采用爆破施工工藝進行開口施工，巷道掘進40 m后以6°俯角下山掘進直至進入山2#煤層頂底板后再繼續平行掘進，當2204巷掘進30 m后將進入盤區輔運巷頂板上方，此時兩巷之間煤層預留厚度為4 m，屬近距離煤層過巷掘進。根據塔山礦地測科提供地質資料顯示，二盤區輔運巷頂板主要以炭質泥巖、砂巖等混合巖石層為主，穩定性差，易垮落。當施工巷道掘進30 m后過巷期間受爆破震動及集中應力影響，盤區輔運巷頂板支護失效嚴重，局部出現冒頂現象，若不采取有效的技術措施，很容易發生重大煤礦安全事故。通過技術研究，分析了2204巷過巷期間存在的難題，并根據實際情況提出了對傳統施工工藝及支護工藝進行改進，以確保施工巷道安全順利過巷掘進。

圖1 二盤區2204巷近距離煤層過巷掘進平剖面

2 2204巷過巷掘進施工存在的技術難題

1）由于2204巷開口施工時采用全斷面爆破施工工藝，當施工巷道掘進至盤區輔運巷上方時采用該掘進施工工藝時巷道堆積的煤矸石多重量大，且全斷面一次性爆破裝藥量大，受爆破震動、煤矸石承重以及圍巖應力的影響很容易發生輔運巷頂板垮落事故。

2）盤區輔運巷原支護設計中頂板采用錨桿、錨索聯合支護，錨桿長度為2.5 m，錨索長度為5.3 m，當2204巷過巷掘進時將揭露輔運巷頂板部分錨索，錨索失效現象嚴重，同時在過巷時輔運巷頂板錨桿錨固端與2204巷之間層間距為1.5 m，錨固質量及支護效果大大降低。

3 施工方法

2204巷過巷掘進期間為避免因大斷面爆破施工造成盤區輔運巷頂板垮落，通過技術研究決定采用分層預留底松動爆破施工工藝，具體施工方法如下：

1）當2204巷掘進至25 m時停止全斷面一次性爆破，采用上分層預留底松動爆破施工工藝，上分層厚度為3.5 m，預留底煤層厚度為1.0 m。

2）上分層掘進時采用松動爆破施工工藝，爆破期間炮眼深度為1.0 m，每個炮孔填裝長度為300 mm，裝藥量為300 g乳化炸藥，孔口采用炮泥及水袋進行封堵。

3）過巷掘進期間上分層松動爆破每茬進度控制在0.8 m，爆破施工后及時對2204巷頂板施工永久支護，當2204巷過盤區輔運巷5 m后停止分層掘進。

4）2204巷過巷掘進期間上分層掘進到位后及時對下分層進行起底，采用風鎬及洋鎬進行人工起底，起底厚度為1.0 m，起底后及時將煤矸石清理干凈。

5）當巷道起底到位后在盤區輔運巷正上方前后3 m范圍繼續起底，起底深度為0.5 m，起底后對其進行預埋11#工字鋼梁并澆筑，11#工字鋼梁長度為6 m，鋼梁平行于施工巷道布置，鋼梁間距為0.3 m，共計鋪設15根，見圖2。

6）鋼梁鋪設后對其進行混凝土澆筑，建筑厚度為0.5 m，澆筑后必須與2204巷設計底板處于同一水平面。

4 支護工藝

圖2 二盤區2204巷近距離煤層過巷施工工藝優化設計剖面

為保證2204巷過巷掘進期間盤區輔運巷頂板安全穩定，通過研究決定對盤區輔運巷架設特制U29型工字鋼棚，具體施工方法如下：

1）特制U29型鋼棚主要由五部分組成，兩節棚腿、三節頂梁組成，頂梁與頂梁之間以及頂梁與棚腿之間采用卡纜進行預緊固定，鋼棚間距為1.0 m，共計架設10架U29型鋼棚。

2）為確保U29型鋼棚架設穩定，在鋼棚架設前在架設棚腿位置處進行起底，起底規格為長×寬×深=0.3 m×0.3 m×0.2 m，起底后將棚腿底座放入并進行澆筑，澆筑厚度為0.2 m，澆筑后確保澆筑面與輔運巷底板平整。

3）棚腿底座固定后采用連接螺母將棚腿與其固定，棚腿與底座固定后在棚腿中部位置施工各施工兩根固定錨桿，并采用卡纜將棚腿與巷幫進行固定。

4）兩節棚腿架設完后開始架設鋼棚頂梁，架設頂梁時現架設兩側梁后架設中間梁，梁與梁之間采用卡纜連接且預緊力不得低于200 N·m。為確保鋼棚頂梁安全穩定，采用長度為2.0 m錨索將頂梁與頂板進行固定。

5）為確保相鄰兩架U29型鋼棚之間存在聯鎖固定作用，相鄰兩架鋼棚之間采用兩組連接桿進行連接，所有U29型鋼棚架設完后在鋼棚與頂板、巷幫間隙處填塞水泥背板，水泥背板規格為長×寬=1.2 m×0.3 m。

6）2204巷的過巷掘進期間每班必須安排專人對輔運巷架設的U29型鋼棚進行檢查，檢查內容主要包括卡纜預緊力、鋼棚變形情況等，一旦發現安全隱患必須及時處理。

5 結語

通過技術分析研究塔山礦2204巷過盤區輔運巷掘進期間存在的技術難題，并對傳統施工工藝及支護工藝進行改進。實踐證明采用分層預留底松動爆破施工工藝有效解決了因全斷面一次性爆破時工作面煤矸量大、爆破震動力度強從而造成頂板垮落的難題，同時在盤區輔運巷架設U29型鋼棚對其頂板進行加強支護，保證了過巷掘進期間頂板穩定性，保障了2204巷過巷期間掘進施工安全。實現了近距離煤層安全快速過巷掘進，取得了顯著的經濟效益及安全效益。

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