運輸順槽過陷落柱施工方法探討

任保紅

（山西凌志達煤業有限公司，山西 長治 046606）

1 工程概況

凌志達煤礦位于長治市長子縣南端的首羊山下，礦井設計生產能力為1.2 Mt/a，可采煤層為石炭系上統太原組3#、15#煤層，現開采15#煤。礦井采用斜井單水平分區布置的開拓方式，通風方式為中央邊界式，采用機械抽出式通風方法，輕型綜采放頂煤采煤法。

15208工作面位于二采區東南部，東部為15206工作面，北部為東翼回風大巷。該工作面開采15#煤層。15#煤層平均厚度3.1 m，煤層傾角1°～3°，結構簡單—復雜，含0～4層夾矸，夾矸為炭質泥巖或泥巖，屬近水平中厚煤層。頂底板巖性特征見表1。

表1 15208工作面運輸順槽頂底板巖性特征

2 運輸順槽掘進施工工藝

2.1 施工方法分析

15208運輸順槽采用綜掘機全斷面一次成巷的掘進方式。過陷落柱等地質構造時，輔助以爆破施工的技術手段。施工前由地測科提供施工中線，施工隊組嚴格按要求施工。巷道在掘進過程中，應加強瓦斯監控、通風管理，嚴格執行專項安全技術措施。巷道在掘進過程中遇局部頂板破碎地段，采用加密錨桿，錨索補強支護或采用加設礦工鋼棚進行聯合支護。

2.2 施工方式分析

15208運輸順槽采用EBZ-160型掘進機進行施工時，開掘后的煤由掘進機裝載部自行裝煤。

其掘進工藝流程為： 交接班→延長皮帶→割煤、運煤→敲幫問頂→臨時支護→永久支護→清煤→驗收。

檢修工藝流程為：檢修前準備→檢修掘進機各部位、加油、檢修各部刮板輸送機、其他工作→正常掘進。

掘進機截割工藝為： 進刀→截割→修邊→成形；15208運輸順槽掘進施工配套設備見表2。

表2 15208運輸順槽掘進施工配套設備

2.3 過陷落柱爆破施工方法

（1）過陷落柱施工方案

通過對15#煤層地質報告的分析研究，15208工作面運輸順槽掘進至1350 m處時，會揭露Q28陷落柱，地質剖面見圖1。該陷落柱分為兩個區段，第一區段長44.3 m，傾斜度為1°；第二區段長17.9 m，傾斜度為10°。為避免該運輸順槽出現較大拐彎，便于運輸和通風，根據設計施工要求采取爆破技術直接穿過陷落柱的施工方法，同時加強頂板支護管理，保障順槽掘進施工的正常進行[1]。

圖1 15208工作面運輸順槽Q28陷落柱的地質剖面

（2）過陷落柱爆破技術參數

爆破炮眼主要分為掏槽眼、輔助眼和周邊眼。掏槽眼需要布置5個，布置在運輸順槽掘進面的中下部，掏槽眼的布置采用三角楔形掏槽，其裝藥量為0.6 kg；輔助眼需要布置11個，其作用是進一步擴大槽口體積和爆破量，并逐步接近開挖斷面形狀，為周邊眼創造有利的條件，其裝藥量為0.4 kg；周邊眼需要布置21個，布置于巷道四周，包括頂眼、幫眼和底眼，其裝藥量為0.4 kg。

爆破過程中，必須根據煤（矸）的軟硬程度，煤層裂隙變化情況靈活掌握炮眼布置數量和裝藥量。為了掌握巷道的掘進方向，鉆眼前首先檢查中線所處工作面位置，保證按規格掘進。起爆順序：掏槽眼→輔助眼→幫眼→頂眼→底眼。放炮時，施工隊組必須將放炮地點的人員全部撤離警戒線以外。

（3）安全防護措施

爆破時，堅決執行“一炮三檢”和“三人連鎖”放炮制度，合理利用爆破器材，實現安全爆破作業。爆破前要用廢舊皮帶對巷道周圍的電纜、電器設備等進行有效保護，并且爆破工作必須由專職爆破工擔任。爆破工必須把炸藥、電雷管分別存放在專用的爆破材料箱內，并加鎖保管，嚴禁亂扔、亂放，嚴禁坐在爆炸材料箱上裝配引藥。每次爆破前必須把材料箱放到警戒線以外的安全地點，爆炸材料箱必須放在頂板完好、避開機械、電氣設備的地點，其安全間距必須大于20 m。

3 運輸順槽掘進支護方法

3.1 支護參數的計算分析

陷落柱發育的地區，煤系地層中的煤層及其周圍的巖石遭到嚴重的破壞，因此在巷道的掘進施工過程中必須做好頂板的支護工作，防止頂板出現片幫、掉塊及塌陷風險[2]。15208運輸順槽的凈斷面為：寬5.0 m，高3.5 m，斷面積17.5 m2。

（1）利用懸吊理論計算錨桿支護參數

a、錨桿長度計算

錨桿最小長度：L=K·H+L1+L2，H=B/(2·F)式中：L為錨桿長度，m；H為冒落拱高度，m；K為安全系數，一般取2.0；L1為錨桿錨入穩定基巖的深度，取0.5 m；L2為錨桿在巷道中的外露長度，取0.1 m；B為正常開掘巷道的寬度，5.0 m；F為巖石堅固性系數，取4。

代入數據可以得到錨桿最小長度L=1.85 m，施工過程中為了安全起見，選取長度為2.4 m的錨桿。

b、錨桿間排距計算

式中：a為錨桿間距，m；Q為錨桿設計錨固力，N；H為冒落帶高度，H=0.625m；R為被懸吊巖石重力密度，取26 kN/m3；K為安全系數，一般取2.0。

代入數據可以的得到錨桿最大間排距a=1.75 m，施工過程中間距取0.9 m，排距取1.2 m。

c、錨桿直徑確定

根據經驗公式，錨桿最小直徑D計算為：

式中：D為錨桿直徑，mm；P為錨桿截面載荷，取110 kN；σ為螺紋鋼錨桿屈服強度，取400 MPa。

代入數據可以得到錨桿最小直徑D=19.6 mm，在實際施工過程中選取直徑為20 mm的錨桿。

（2）錨桿支護密度校核驗算

沿運輸順槽掘進方向選取高3.5 m，寬5.0 m的支護斷面進行驗算，錨桿支護密度，間、排距為900 mm×1200 mm，則每米范圍內有4.98根錨桿（每根錨桿設計錨固力為100 kN）。

因此，總錨固力為：F總=4.98×100/9.8=50.8 t。

頂板選取最大密度為2.7 t/m3，該范圍內2.4 m厚懸吊圍巖重量為：G圍=1.0×5.0×2.4×2.7=32.4 t。

計算得到F總＞G圍，因此所選錨桿的支護密度符合要求[3-4]。

通過以上計算，選用直徑20 mm，長度為2400 m等強度螺紋鋼錨桿，錨桿間排距均為900 mm×1200 mm，能滿足支護要求。施工過程中，如果采用長2400 mm螺紋鋼錨桿不能牢固地錨入穩定巖層0.5 m以上，必須及時調整錨桿長度或采用錨索進行加強支護。

3.2 支護工藝分析

掘進機截割完畢且敲幫問頂后，進行超前臨時支護時采用吊環配合4根不小于4 m長的10#槽鋼進行超前臨時支護。

落下綜掘機截割臂并切斷電源，首先進行敲幫問頂，清理掉頂幫的危巖、活炭。然后人工將4組吊環分別固定在最前一排和倒數第二排錨桿上，再將槽鋼穿在四組吊環之間，槽鋼必須伸出最外邊吊環外100 mm以上。穿槽鋼時，要先上鋼筋網片再穿槽鋼，槽鋼與頂板之間要用木楔打緊背牢，頂板不平整時，可選擇不同規格的背板支、絞、勾實頂板。

在臨時支護架設好后，開始永久支護。打注錨桿時要由外向里逐排進行，當本循環的第一排錨桿打注完畢后，將備用的吊環分別固定在剛打注完成的最前一排錨桿上，然后將10#槽鋼前移穿過吊環至迎頭煤壁，作為本循環第二排錨桿的超前臨時支護。先打注頂板中部的錨桿，待中部錨桿打注完畢后，再向兩幫打注錨桿，臨時支護見圖2。

圖2 15208工作面運輸順槽臨時支護

在永久支護過程中，根據頂板及圍巖情況，幫部頂錨桿可滯后迎頭頂錨桿2.4 m支護，幫部底錨桿可滯后頂部錨桿20 m支護。同時巷道兩幫錨桿應及時緊跟掘進工作面，待永久支護完整后，綜掘機緩緩開進工作面，繼續施工作業。

3.3 支護效果分析

在錨桿安裝后，通過采用力矩示值扳手對錨桿預緊力矩的檢測分析，檢查結果顯示頂部錨桿平均預緊力矩為109 kN·m，最小預緊力矩為105 kN·m；幫部螺紋鋼錨桿平均預緊力矩為105 kN·m，最小預緊力矩達到102 kN·m；幫部樹脂玻璃鋼鋼錨桿平均預緊力矩為66 kN·m，最小預緊力矩達到63 kN·m。檢測結果表明，巷道支護錨桿的預緊力矩均達到了規定預緊力，并且同一部位的錨桿承受的頂板圍巖載荷大小比較平穩，錨桿支護效果較好，錨固區范圍內的圍巖離層、滑動等變形得到比較有效的控制。

4 結語

通過對凌志達礦15208工作面運輸順槽掘進施工技術的分析，取得以下經驗、認識：

1）為避免該運輸順槽出現較大拐彎，便于運輸和通風，根據設計施工要求采取爆破技術直接穿過陷落柱的施工方法，同時加強頂板支護管理，保障順槽掘進施工的正常進行。

2）運輸順槽頂板支護時，巷道支護選用直徑20 mm，長度為2400 m等強度螺紋鋼錨桿，錨桿間排距均為900 mm×1200 mm，能滿足支護要求。施工過程中，如果采用長2400 mm螺紋鋼錨桿不能牢固地錨入穩定巖層0.5 m以上，必須及時調整錨桿長度或采用錨索進行加強支護。

3）通過采用力矩示值扳手對錨桿預緊力矩的檢測分析，結果表明：巷道支護錨桿的預緊力矩均達到了規定預緊力，并且同一部位的錨桿承受的頂板圍巖載荷大小比較平穩，錨桿支護效果較好，錨固區范圍內的圍巖離層、滑動等變形得到比較有效的控制。