復(fù)雜條件下巷道快速掘進施工工藝研究

張 聰

（大同煤礦集團四臺礦，山西 大同 037001）

1 概述

大同煤礦集團四臺礦21022巷位于14-3#層410盤區(qū)東翼，施工巷道以北、東為實煤區(qū)，以南為51021巷，以西為盤區(qū)大巷，如圖1所示。21022巷設(shè)計長度為1650m，設(shè)計斷面規(guī)格為寬×高=4.5×3.0m，巷道掘進煤層為14-3#層，煤層平均厚度為2.7m。直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為1.9m，巖石成層狀結(jié)構(gòu)，易破碎；基本頂主要以粉砂巖為主，平均厚度為6.7m，巖石硬度大。為了便于安裝輸送機，機頭段60m范圍內(nèi)巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.5×5.2m。

2 21022巷機頭段原施工設(shè)計及問題分析

2.1 機頭段原施工設(shè)計

（1）原施工設(shè)計中首先從1045軌道南大巷開口施工皮軌聯(lián)巷Ⅱ，設(shè)計長度為30m，巷道施工斷面規(guī)格為寬×高=4.5×3.0m，施工到位后與1045皮帶南大巷貫通，在距巷道貫通口10m范圍內(nèi)進行挑頂，挑頂高度為2.2m；然后從皮帶南大巷繼續(xù)開口施工21022巷機頭段，掘進長度為30m，巷道施工斷面規(guī)格為寬×高=4.5×3.0m；機頭段施工到位后再進行松動爆破挑頂施工，挑頂高度為2.2m，挑頂后確保機頭段高度為5.2m。

圖1 410盤區(qū) 21022巷平面布置示意圖

（2）皮軌聯(lián)巷Ⅱ開口施工時，采用在軌道南大巷及皮軌聯(lián)巷I分別安裝兩部SSJ-800型帶式輸送機，并與1045皮帶南大巷輸送機搭接進行聯(lián)合出煤；當(dāng)21022巷機頭段施工時，在機頭段直徑安裝一部SSJ-800型帶式輸送機與膠帶大巷輸送機搭接進行聯(lián)合出煤。

（3）巷道施工期間，在1045軌道大巷以北20m處安裝兩臺功率為55kW局部通風(fēng)機對掘進工作面進行供風(fēng)。

2.2 存在的主要問題

（1）原施工設(shè)計中需穩(wěn)裝三部膠帶輸送機以及多次穩(wěn)裝其他機械設(shè)備如耙?guī)r機、局部通風(fēng)機等，不僅降低了巷道掘進速率，平均掘進量為3.5m/d，而且加大了勞動強度。

（2）原設(shè)計中機頭段施工到位后再進行挑頂施工，而21022巷直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，巖層不穩(wěn)定，在采用松動爆破挑頂施工時很容易造成直接頂大面積垮落，不利于巷道施工安全，而且巷道挑頂高度大，需在巷道能搭設(shè)工作盤，挑頂施工難度大、效率低。

（3）機頭段挑頂施工長度為50m，挑頂前需取下原頂板支護，挑頂后再進行二次補打支護。經(jīng)初步統(tǒng)計顯示，機頭段挑頂施工共計浪費鋼帶60根、錨桿300套、錨索60套，支護材料費用達7.8萬元；挑頂施工及二次補打支護需10d完成，勞動成本費用達4.5萬元。

3 施工工藝優(yōu)化

為了提高巷道掘進效率，保證施工安全，機掘三隊通過技術(shù)研究對原施工方案進行優(yōu)化，決定采用搭橋式雙向開口分層掘進施工工藝。

（1）首先由地測科在1045皮帶南大巷給出21022巷中線，并采用紅油漆在皮帶巷兩幫進行標(biāo)定。

（2）以巷道中線為控制線，在皮帶巷搭設(shè)工作盤，工作盤主要由直徑為30mm圓木搭設(shè)而成，工作盤搭設(shè)高度為2.0m，搭設(shè)寬度為4.5m(皮帶巷巷寬），長度為5.0m。在工作盤中部1045皮帶南大巷輸送機上方預(yù)留一個規(guī)格長×寬=3.0×1.0m漏煤口。為了保證施工安全，在工作盤兩側(cè)安裝金屬網(wǎng)護欄，如圖2所示。

（3）當(dāng)工作盤搭設(shè)完成后，在1045皮帶南大巷距工作盤以北25m處安裝兩臺型號為55kW的局部通風(fēng)機并安裝風(fēng)筒。

（4）所有前期準備工作完成后，采用松動爆破法在21022巷機頭方向施工一個絞車硐室，硐室斷面規(guī)格為寬×高×深=4.5×3.2×3.0m，絞車硐室頂板位置與21022巷機頭段頂板位置一致。

（5）絞車硐室施工完后，在硐室內(nèi)安裝一部型號P-60B型耙?guī)r機，為了減小耙?guī)r機鋼絲繩磨損，絞車安裝后在漏煤口處安裝兩根長度為0.8m、直徑為0.20m滾管。

（6）在工作盤上采用Y28型鉆機對皮帶巷頂板施工松動爆破孔進行挑頂施工，皮帶巷挑頂斷面規(guī)格為長×寬×深=4.5×4.5×2.2m，挑頂后及時對挑頂處施工永久支護。

（7）皮帶巷挑頂后，采用爆破分層掘進施工工藝從1045皮帶南大巷向1045軌道南大巷方向施工皮軌聯(lián)巷Ⅱ，施工斷面規(guī)格為寬×高=4.5×3.2m。當(dāng)巷道掘進10m后，施工巷道頂?shù)装逡?°斜坡下山掘進。下山掘進8.5m且見底后施工巷道沿14-3#層頂?shù)装迤叫芯蜻M，確保巷道高度為3.0m，直至與1045軌道南大巷貫通，如圖2所示。

圖2 四臺礦410盤區(qū)皮軌聯(lián)巷Ⅱ分層掘進施工剖面圖

（8）皮軌聯(lián)巷Ⅱ與1045軌道南大巷貫通后，將耙?guī)r機穩(wěn)裝在皮軌聯(lián)巷預(yù)留底煤平臺上，繼續(xù)皮帶巷幫開口施工機頭段，與皮軌聯(lián)巷Ⅱ施工工藝相同，如圖3所示。

（9）待皮軌聯(lián)巷Ⅱ與機頭段上分層施工到位后，采用松動爆破施工工藝對下分層底煤進行起底施工，起底施工后確保巷道斷面規(guī)格符合設(shè)計要求。

圖3 410盤區(qū)21022巷機頭段分層掘進施工剖面圖

4 結(jié) 語

（1）采用優(yōu)化施工工藝后，巷道在施工期間只需安裝一部耙?guī)r機即可完成出煤，無需安裝帶式輸送機，提高了巷道煤矸石運輸效率，降低了人工安裝輸送機勞動強度。

（2）采用上分層掘進施工工藝，實現(xiàn)上端面一次性成巷，保證了巷道施工安全，無需二次補打頂板支護，降低了挑頂施工勞動強度及支護成本費用，可節(jié)約勞動、支護材料成本費用共計達17萬元。

（3）采用搭橋式雙向開口分層掘進施工工藝減少設(shè)備安裝次數(shù)，避免了挑頂施工工序，加快了巷道掘進效率，比計劃安排提前3.5d完成任務(wù)。