大傾角開切眼一次成巷施工技術(shù)實(shí)踐與應(yīng)用

朱金平

（華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司陳家溝煤礦，甘肅 平?jīng)?744100）

1 概況

陳家溝煤礦3204工作面位于+1050m水平以下的三采區(qū)西翼第二區(qū)段，東端與三采區(qū)三條下山保護(hù)煤柱相鄰，西端與采區(qū)邊界保護(hù)煤柱相鄰，回風(fēng)順槽和三采區(qū)一車場軌道巷相接，運(yùn)輸順槽與三采區(qū)二區(qū)段運(yùn)煤斜巷及材料運(yùn)行下山相接，斜上方為3203工作面采空區(qū)。工作面切眼采用內(nèi)錯(cuò)布置，掘進(jìn)長度64.6m，坡度為19°。切眼斷面形狀為矩形，寬度6.7m，高度2.6m，采用錨網(wǎng)索+抬棚+木垛聯(lián)合支護(hù)。開切眼上口與3203工作面開切眼間距為6.3m，下方為3201工作面運(yùn)輸順槽，并與3204回風(fēng)順槽下平巷相接。

2 改進(jìn)施工工藝

以往工作面開切眼施工均采用鉆爆法分?jǐn)嗝嬉淮螌?dǎo)洞、二次擴(kuò)掘成巷的施工方法掘進(jìn)，施工工序復(fù)雜，安全風(fēng)險(xiǎn)大，施工工期長，需要的勞動(dòng)力多，現(xiàn)場組織困難，投入成本高，造成二次擾動(dòng)破壞大，支護(hù)困難，不利于安全管理。

改進(jìn)后的工藝為鉆爆法掘進(jìn)大斷面開切眼一次成巷。在傾斜大斷面利用交錯(cuò)邁步式一次成巷技術(shù)，即采用鉆爆法首先在工作面開切眼一側(cè)半斷面掘進(jìn)2.1m支護(hù)到位，再開始另一側(cè)半斷面掘進(jìn)，依次往復(fù)施工，始終保證一側(cè)超前3個(gè)循環(huán)（2.1m）。通過該技術(shù)降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了掘進(jìn)速度，保障作業(yè)人員人身安全，見圖1。

3 開切眼及附屬硐室巷道斷面優(yōu)化

為保證工作面綜采設(shè)備順利安裝，安裝期間不再擴(kuò)刷、整修巷道，3204工作面開切眼斷面尺寸一次設(shè)計(jì)到位，具備精準(zhǔn)安裝的條件。對工作面開切眼下口10m范圍內(nèi)增大了設(shè)計(jì)斷面，由原來的掘進(jìn)寬度6.7m，增加到8.2m，上口5m范圍內(nèi)由原來的掘進(jìn)高度2.6m，調(diào)整為3.1m。并縮短了上口絞車硐室的長度，由原來的18m調(diào)整為9m，開口段5m范圍內(nèi)由原來的梯形斷面變?yōu)橹眽Π雸A拱形斷面，掘進(jìn)寬度3.4m調(diào)整為4.8m，絞車硐室斷面面積由原來的10.2m2增大到了15.76m2，以里4m和原有設(shè)計(jì)一致，減少了工程量。

圖1 開切眼頂部展開圖

4 優(yōu)化支護(hù)方式和參數(shù)

以往施工的開切眼均采用規(guī)格為M22-Ф20-2400mm的螺紋鋼錨桿， 100×100mm蝶形托板，布置方式均為矩形，間排距800×800mm，并采用規(guī)格為Ф15.24-7300mm的預(yù)應(yīng)力錨索，10mm鋼板托板，規(guī)格為300×300mm，后巷打設(shè)2列傾向抬棚，配合4孔和7孔鋼筋托梁及金屬網(wǎng)片進(jìn)行護(hù)幫護(hù)頂。采用該支護(hù)錨桿錨索的支護(hù)強(qiáng)度低、支護(hù)密度小且受力不均，支護(hù)參數(shù)匹配不合理，導(dǎo)致巷道成形差，巷道變形嚴(yán)重，金屬網(wǎng)撕裂，鋼筋托梁發(fā)生彎曲變形，頂板下沉量達(dá)到400mm，兩幫移近量500mm。采用原有的支護(hù)方式無法保證施工安全及后續(xù)工作面設(shè)備安裝。

優(yōu)化3204工作面開切眼的支護(hù)參數(shù)如下：

頂板支護(hù)：采用M24-Ф22-2800mm的無縱肋高強(qiáng)Q500螺紋鋼讓均壓錨桿，150×150mm蝶形托板，矩形布置，間排距750×700mm，配合5孔鋼筋托梁及金屬網(wǎng)片進(jìn)行護(hù)表；采用規(guī)格為Ф22-4300mm的強(qiáng)力錨索，300×300mm的高強(qiáng)蝶形托板，矩形布置，間排距為750×700mm；掘進(jìn)2～4.2m無法打設(shè)永久支護(hù)抬棚時(shí)，采用“一梁兩柱”，打設(shè)臨時(shí)抬棚支護(hù)，到達(dá)4.2m的距離后拆除臨時(shí)抬棚，按照“一梁四柱”打設(shè)永久抬棚4列。

巷幫支護(hù)：老塘側(cè)采用M24-Φ22-2800mm型讓壓錨桿支護(hù)，每排4根錨桿，錨桿排距700mm，間距750mm。煤壁側(cè)采用Ф18-2000mm的玻璃鋼錨桿支護(hù)，間距750mm，排距700mm，每排打設(shè)4根錨桿，為防止超前邁步側(cè)幫部煤體垮落，提前打注不同數(shù)量的Ф15.24-3300mm預(yù)應(yīng)力錨索作為超前支護(hù)，詳見圖2。

圖2 開切眼支護(hù)斷面圖

5 礦壓監(jiān)測

掘進(jìn)時(shí)共布置礦壓觀測站2組，1號測站距運(yùn)輸巷口20m，2號測站距回風(fēng)巷口20m。每組包括YHW300型頂板離層儀1臺，錨桿測力計(jì)3臺，表面位移觀測站1組。

礦壓監(jiān)測結(jié)果顯示，巷道底鼓量150mm，兩幫移近量40mm，頂板下沉量70mm，錨桿受力在150～200kN。通過日常觀測看，巷道整體變形量小，支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

6 效益分析

6.1 安全效益

采用了大斷面一次成巷技術(shù)，施工速度快，工效高，易管理，保證了礦井安全生產(chǎn)。

6.2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）投入材料費(fèi)用情況。原施工方法延米巷道投入材料費(fèi)用6500元，累計(jì)投入60.78萬元；采用一次成巷技術(shù)延米巷道投入4100元，累計(jì)38.34萬元。通過比較最少節(jié)約22.44萬元。

（2）巷道變化后產(chǎn)生的費(fèi)用。原施工方法巷道變形嚴(yán)重，底鼓明顯，按照失修率7%算，巷道失修量為93.5×0.07=7m，延米失修費(fèi)用6500元，人工費(fèi)、材料費(fèi)共投入14.7萬元；巷道底鼓量平均按照400mm計(jì)算，工程量為251m3，每立方按照80元，需人工費(fèi)2萬元；完成以上兩項(xiàng)工程需工期6d，投入費(fèi)用16.7萬元。

（3）提高了掘進(jìn)工效。采用以往的施工方法，每個(gè)小班需20人，日進(jìn)尺為2m，日掘進(jìn)工效為0.04，而采用一次大斷面成巷技術(shù)，日進(jìn)尺為3.2m，日掘進(jìn)工效為0.09。采用以往的掘進(jìn)方法完成該項(xiàng)工程最少需60d，需人工費(fèi)168.3萬元；而采用一次大斷面成巷掘進(jìn)技術(shù)完成該項(xiàng)工程最少需29d，每個(gè)小班需12人，需人工費(fèi)52.2萬元，節(jié)約人工費(fèi)116.1萬元。

7 結(jié)論

（1）優(yōu)化了施工方法，采用大斷面交錯(cuò)邁步式一次成巷技術(shù)，節(jié)約勞動(dòng)力投入，現(xiàn)場空間暢通便于組織，提高了掘進(jìn)效率。

（2）優(yōu)化了支護(hù)參數(shù)，增大了支護(hù)密度，提高了支護(hù)強(qiáng)度，對巷道圍巖控制效果好，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。