差異化設計在井巷工程中的應用

米川

摘? ? 要：井巷斷面和支護設計是井巷工程施工的關鍵，合理確定支護形式和選擇支護參數不僅關系到巷道的使用安全，還影響巷道的施工成本。以遼源礦業(yè)金寶屯煤礦為例，對差異化支護設計在巷道施工中的應用及效益進行了研究。根據金寶屯煤礦上分煤層南翼運輸大巷服務用途及泥巖頂板的具體特征，在巷道斷面差異化和支護參數差異化設計方面進行研究。結果表明，差異化設計實踐應用效果理想，在保證安全的前提下有效地降低了支護成本，具有良好的應用價值。

關鍵詞：差異化設計;井巷工程;支護設計;經濟效益

1? 引言

差異化設計在市場經濟下的各個行業(yè)都有廣泛應用，但在井巷工程中，雖然國內學者對巷道差異化設計多有研究，但差異化設計尚未成為一項專業(yè)和系統的課題。本文根據金寶屯煤礦上分煤層南翼運輸大巷服務用途和泥巖頂板的具體特征，在巷道斷面差異化和支護參數差異化設計方面進行研究和實踐，論證了差異化設計在井巷工程的廣泛應用。

2? 概述

金寶屯煤礦礦井地層產狀比較平緩，以平緩的背向斜構造為主，局部有較大的波狀起伏。煤層基本形態(tài)以原始沉積形態(tài)為主，后期斷層較少，斷距大部分50m以下，斷層對煤層影響較小。煤層賦存深度-520m～770m之間，區(qū)內僅有一個復煤層，平均厚9.71m。這一復煤層分上、中、下三個分煤層，只有上分煤層是可采煤層，大部分地區(qū)可采，煤層厚度0.35m～5.78m，平均厚3.10m。巷道采用綜合機械化掘進方式，使用EB2160型掘進機破、裝煤（巖），經D80/40/2×75型膠帶輸送機轉運至南翼上分煤層運輸大巷主皮帶進入南翼上分煤層煤倉。

3? 差異化設計

以金寶屯礦上分南翼煤層運輸大巷、南翼106切眼和南翼101切眼為例，分別說明巷道斷面和支護參數差異化設計。

3.1? 原巷道斷面及支護參數

3.1.1? 斷面情況

巷道斷面、南翼上分煤層運輸大巷沿煤層施工，斷面形狀為三心拱形，凈寬4.0m，凈高3.4m（其中，墻高2.3m，拱高1.1m），采用錨網噴支護，噴混凝土厚度100m。

3.1.2? 支護參數

南翼106區(qū)切眼斷面為矩形，規(guī)格尺寸（凈寬×凈高）為5.5m×2.5m，S凈=13.75m2，S荒=14.82m2。巷道頂板支護采用錨網索、BHW2303.0W型鋼帶、錨索梁聯合支護。錨桿選型和間排距通過懸吊理論公式計算得到。錨桿選用全螺紋右旋金屬錨桿，錨桿直徑20mm，長度2000mm，配1卷CK2350型樹脂錨固劑，錨桿間排距為800mm×900mm。每2.7m配用1條W型鋼帶，鋼帶規(guī)格為3500mm×230mm×3mm;每2.7m施工1組錨索梁，錨索梁由11#工字鋼加工而成，長度3m;每組錨索梁配用2條錨索，錨索為Φ15.24mm×600mm低松弛預應力旋鋼絞線，錨索間距2400mm，排距2.7m;錨網采用8#冷拔鋼絲編織的經緯網，錨網搭接100mm。巷道兩幫采用錨網支護，錨桿選用全螺紋右旋金屬錨桿，錨桿直徑Φ20mm，長度2000mm，配1卷CK2350型樹脂錨固劑，錨桿間排距為800mm×900mm，錨網采用8#冷拔鋼絲編織的經緯網，錨網搭接100mm。

3.2? 差異化設計

3.2.1? 巷道斷面

南翼上分煤層運輸大巷全長約1650m，服務于整個南翼上分煤層，擔負進風，行人、煤炭和輔助運輸等任務，設計服務年限為20.2a。根據礦井生產接續(xù)，將前進式開采改為前進與后退相結合的開采方式，縮短運輸大巷末端的服務年限。經過設計調整，靠近井田邊界的200m大巷為南翼201區(qū)工作面、南翼203工作面的順槽及切眼掘進服務，不擔負工作面設備運輸和生產期間的煤炭運輸任務，服務年限僅為4a。根據其用途和服務年限，對巷道斷面及支護進行差異化設計，縮小巷道斷面，改變支護形式和支護參數，以減少資金投入。南翼上分煤層運輸大巷末端200m差異化設計后，斷面形狀仍為三心拱形，凈寬3.4m，凈高3m（其中，墻高2m，拱高1m），采用錨網索+W型鋼帶聯合支護。

3.2.2? 支護參數

金寶屯礦上分煤層回采巷道原有的支護形式充分考慮了泥巖頂板的不穩(wěn)定性，支護強度滿足使用條件，但在選用錨桿計算中，只是單純依靠懸吊理論公式計算，忽略了回采過程中巷道兩幫煤層力學性質與頂板泥巖力學性質不同，巷道頂板礦山壓力顯現明顯大于巷道兩幫的實際情況。將懸吊理論計算公式得出的頂板錨桿直徑與間排距直徑籠統地用于兩幫錨桿規(guī)格選取，這種做法雖然能夠滿足巷道支護強度，但也造成了不必要的浪費。

根據對巷道原有支護形式的實地觀測分析，按照回采巷道的位置進行差異化設計，巷道頂板支護不變。巷道兩幫因其穩(wěn)定性比頂板略高，改用Φ16mm×1600mm的錨桿，網片之間采用對接方式;在靠近切眼服務年限較短的100m范圍內，靠工作面?zhèn)炔捎忙?6 mm×1600 mm的玻璃鋼錨桿，掛塑料網片。

進行差異化設計之后，南翼101切眼斷面形狀為矩形，規(guī)格尺寸（凈寬×凈高）為5.5m×2.5m，S凈=13.75m2，S荒=14.82m2。

巷道頂板支護采用錨網索、BHW230-3.0W型鋼帶、錨索梁聯合支護。錨桿選用全螺紋右旋金屬錨桿，錨桿直徑20mm，長度2000mm，配1卷CK2350型樹脂錨固劑，錨桿間排距為800mm×900mm，頂板錨桿預緊力不小于80kN。每2.7m配用1條W型鋼帶，鋼帶規(guī)格為3500mm×230mm×3mm;每2.7m施工1組錨索梁，錨索梁由11#工字鋼加工而成，長度3m;每組錨索梁配用2條錨索，錨索為Φ15.24mm×6000mm的低松弛預應力左旋鋼絞線，錨索間距2400mm，排距2.7m。錨網采用8#冷拔鋼絲編織的經緯網，錨網搭接100mm。

巷道老空側（順槽為煤柱側）一幫采用錨網支護，錨桿選用全螺紋右旋金屬錨桿，錨桿直徑16mm，長度1600mm，配1卷CK2350型樹脂錨固劑，錨桿間排距為1000mm×900mm，錨網采用塑料錨網，錨網對接。巷道老空側一幫采用錨網支護，錨桿選用玻璃鋼錨桿，錨桿直徑16mm、長度1600mm，配1卷CK2350型樹脂錨固劑，錨桿間排距為1000mm×900mm，錨網采用塑料錨網，錨網對接。幫桿預緊力不小于49kN。

4? 應用效果分析

對南翼101工作面實施差異化設計支護之后，通過回采期間礦壓觀測，證明差異化支護在工作面回采過程中能夠保證工作面的生產安全。此外，差異化設計給礦井帶來了良好的經濟效益。

4.1? 礦壓觀測

南翼101區(qū)工作面回采期間進行了礦壓觀測，在回風順槽中共設置了5個斷面位移測站，分別布置在距離工作面10m、20m、30m、40m、50m的位置。巷道圍巖頂底、兩幫的總移近量分別為13.80mm、7.40mm，巷道圍巖變形較小，說明設計方案有效合理，能保障巷道圍巖的穩(wěn)定性。

4.2? 經濟效益

上分層煤層原招標價格為8790元/m，進行差異化支護后，招標價格為4930元/m。進行差異化支護，不僅減少了施工工序，提高了施工效率，還為礦井節(jié)省了施工費用200m×3860元/m=77.2萬元。南翼106區(qū)切眼招標價格為8000元/m，南翼101區(qū)切眼進行差異化支護后招標價格為5180元/m，101區(qū)切眼巷道長度200m，為礦井節(jié)省工程款200m×2820元/m=56.4萬元。

5? 結束語

以上僅是對某煤業(yè)差異化設計在井巷工程中的應用進行的簡要總結。差異化設計在礦井的各個環(huán)節(jié)包括井上井下都有著較大的應用前景。充分考慮巷道的用途、服務年限、使用性質，按照巷道具體功用確定科學、合理的斷面規(guī)格、支護形式，合理地調整支護參數，對巷道分類別、分區(qū)段地進行差異化支護，可以在保證支護安全的情況下大大降低支護成本投入，為礦井生產帶來良好的經濟效益，在多數礦井具有推廣價值。

參考文獻：

[1] 付明明，陳善昌，張英華，等.大斷面交岔點綜合機械化快速掘支成巷技術[J].煤炭科學技術，2016.

[2] 張茂宇.厚層泥巖頂板煤巷桁架錨索支護技術的應用[J].中州煤炭，2016.