復雜條件下掘進巷道施工工藝優化

趙江波

（晉煤集團寺河煤礦二號井，山西 晉城 048019）

1 概述

晉煤集團寺河煤礦二號井153304 工作面回風繞道位于井田三盤區，施工巷道上部為該礦9#煤七盤區采空區，東側為153303 綜采工作面（已形成），西為實體煤，南為實體煤，北為盤區大巷。如圖1所示。

圖1 153304 工作面回風繞道平面布置示意圖

153304 回風繞道設計長度為80m，巷道設計斷面規格為寬×高=4.0×3.0m。施工巷道沿15#煤層頂板平行掘進，巷道頂板主要采用錨桿、錨索、鋼帶聯合支護。錨桿型號為MSGLW400/20×2000，每排布置5 根，間距為0.9m；錨索型號為SKP15-1/1860，長度5300mm，直徑15.24mm，每排布置2根，間距×排距為=2.0×3.0m；鋼帶長度為3.8m，寬度為0.15m，每根鋼帶配套5 根錨桿。

施工巷道直接頂主要以泥巖為主，平均厚度為5.7m；基本頂主要以粉砂巖為主，平均厚度為8.9m。根據礦地測科提供資料顯示，153304 回風繞道在距153103 巷5m 處揭露一條逆斷層，斷層落差為1.3m，傾角為47°，受構造應力影響，回風繞道在過斷層期間頂板易出現破碎現象。

2 153304回風繞道原施工工藝及問題分析

2.1 原施工工藝

（1）153304 回風繞道采用爆破施工工藝。巷道從回風聯絡巷開口施工，巷道掘進30m 后與153103 巷貫通，巷道貫通后從153103 巷繼續開口施工，巷道施工60m 后與153102 巷貫通。

（2）153304 回風繞道與153102 巷貫通前，在153103 巷指定位置進行挑頂施工構筑1#風橋。1#風橋設計長度為21m，挑頂高度達3.0m。風橋共計三段，兩段斜坡長度為7.0m，一段平巷長度為10m。風橋采用松動爆破施工工藝。

（3）風橋挑頂施工完成后，在153103 巷兩幫開口處分別構筑兩道斷面規格為長×寬×高=4.0×0.75×3.0m磚墻，在磚墻上方鋪設長度為5.0m工字鋼梁及水泥背板構筑1#風橋，待風橋構筑完成后再進行153304 回風繞道與153102 巷貫通施工。

2.2 問題分析

（1）巷道施工周期長。153304 回風繞道在施工期間需進行兩次貫通施工，挑頂施工一處，并人工構筑風橋一座，回風繞道施工完成后需用時52d，施工周期相對較長，巷道施工效率低。

（2）設備安裝數量多。回風繞道與153103巷貫通施工前，需在巷道內共計安裝兩部SSJ-800型帶式輸送機及一部耙巖機進行聯合出煤，并在153208 巷內安裝兩臺30kW 局部通風機進行供風。當在掘進153103 巷與153101 巷之間巷道時，需將原巷道內一部SSJ-800 型帶式輸送機、耙巖機搬家至施工巷道內，并將兩臺局部通風機搬遷并安裝至153103 上風側。從而造成設備數量及安裝次數多，加大了設備安裝難度，延長了巷道掘進周期。

（3）對153103 巷安全運輸影響大。由于153103 巷主要擔負著盤區采掘工作面運輸任務，在153103 巷大斷面挑頂施工、貫通、開口等爆破施工時，落下的煤矸石很容易壓死或損壞輸送機，影響整個盤區采掘面煤矸運輸。

（4）斷層帶附近頂板支護效果差。由于施工巷道頂板主要以泥巖為主，巖石單軸抗壓強度不足35MPa，且回風繞道掘進至153103 巷附近時揭露一條F1 逆斷層，受施工巷道爆破震動、構造應力影響，巷道頂板出現破碎、冒落現象。原支護設計中采用傳統錨桿支護效果差，不能保證巷道施工安全。

3 153304回風繞道施工工藝優化

3.1 雙向導硐開口施工工藝

為了減少施工巷道掘進期間設備安裝數量，提高巷道掘進效率，保證巷道施工安全，決定對153304 回風繞道原施工工藝進行優化，采用雙向導硐開口施工工藝。

（1）首先在153103 巷道指定位置搭設工作盤，在工作盤上方預留規格為長×寬=0.5×0.5m 漏煤孔。工作盤采用直徑為300mm 圓木搭設而成，工作盤距巷道輸送機高度不得低于0.5m。

（2）在工作盤上方頂板進行挑頂施工，挑頂規格為長×寬×高=4.0×4.0×3.0m，挑頂后及時對挑頂處進行錨桿、錨索支護。

（3）在挑頂處兩幫沿挑頂處頂板進行導硐施工，兩幫導硐斷面規格為寬× 高× 深=4.0×3.0×3.0m，導硐后在1#硐室內安裝一部P-60B型耙巖機。耙巖機安裝后對2#硐室繼續導硐施工。

（4）2#導硐處頂底板以25°俯角下山掘進施工，當俯斜掘進7.0m 且揭露15#煤層頂底板后，施工巷道平行掘進且掘進18m 后與回風聯絡巷貫通。

（5）153103 巷與回風聯絡巷之間巷道施工完后，將耙巖機安裝在2#硐室口處，然后對1#硐室以25°俯角下山掘進，施工工藝與1#導硐下山掘進工藝相同。

（6）回風繞道施工完成后，在1#、2#硐室口之間平鋪10 根長度為5.0m 工字鋼梁，并采用地錨將鋼梁兩端與硐室底板進行固定。鋼梁鋪設完成后在其上方鋪設水泥背板，如圖2 所示。

圖2 153304 回風繞道雙向導硐開口施工剖面示意圖

3.2 F1斷層破碎帶支護工藝優化

為了保證施工巷道過F1 斷層帶期間頂板穩定性，決定對斷層破碎帶采取“注漿+JW 錨索吊棚”進行加強支護。

（1）當153304 回風繞道施工至F1 斷層破碎帶附近，若頂板破碎嚴重，采用錨桿、錨索維護難度大時，可對頂板施工一排注漿斜孔。孔深為3.0m，鉆孔與頂板呈30°夾角布置，每排布置三個注漿鉆孔，間距×排距=1.5×3.0m。

（2）鉆孔施工完后采用高壓注漿泵依次向鉆孔內注射聚氨酯粘合劑，注漿壓力為1.2MPa，注漿后及時對注漿鉆孔進行封孔處理。注漿3h 后施工巷道繼續掘進。

（3）為了防止破碎頂板出現下沉現象，在頂板錨桿、錨索施工完后，采用“JW”型錨索吊棚進行加強支護。錨索吊棚主要由一根長度為3.8m、寬度為0.35m 的“JW”型鋼梁及兩根長度為7.0m、直徑為21.6mm 預應力錨索組成。

（4）“JW”型錨索吊棚垂直巷道布置，吊棚排距為2.0m，吊棚施工在頂板相鄰兩根鋼帶之間。

4 結語

153304 回風繞道施工采用雙向導硐開口施工工藝，取得了顯著成效：

（1）縮短了巷道施工周期。153304 回風繞道采用雙向導硐開口施工工藝，減少了巷道掘進工程量，避免了巷道成型后再次挑頂施工，使巷道掘進周期縮短至29d，大大提高了巷道掘進效率。

（2）降低了支護材料成本費用。優化后施工工藝可實現巷道一次成型，與原施工工藝相比，避免了挑頂施工后二次補打支護工藝，減少了挑頂處支護材料成本費用及勞動費用達16.5 萬元。

（3）提高了巷道運輸效率。與原施工工藝相比，采用導硐開口施工工藝時巷道掘進期間，可直接將煤矸石下放到盤區帶式輸送機上，縮短了煤矸石運輸路線，提高了煤矸石運輸效率，同時減少了工作面設備安裝數量及搬家次數。

（4）提高斷層帶處頂板穩定性。對F1 斷層破碎帶處采用“注漿+JW 錨索吊棚”等聯合加強支護措施，保證了巷道頂板穩定性，頂板未發生破碎、冒落現象，頂板最大下沉量控制在0.12m 以下。