立體交叉巷道掘進、支護工藝改進方案與應用

劉建君

（晉能控股煤業集團公司，山西 大同 037001）

1 概述

塔山煤礦三盤區2305 順槽設計長度為2 600 m，規格為寬×高=4.5 m×3.1 m，巷道沿山西組2#煤層掘進，煤層平均厚度為3.05 m，采用綜合機械化掘進工藝，截止2020年3月7日巷道已掘進1 400 m。

2305 順槽原支護設計為：頂板主要采用“錨桿（索）+金屬網”聯合支護，頂板錨桿長度為2.5 m，直徑為22 mm，每排布置5 根，排間距為1.0 m；頂板錨索長度為5.3 m，直徑為17.8 mm，每排布置3根排距為1.5 m，間距為3.0 m，金屬網采用棱形網，網格為50 mm×50 mm，規格為長×寬=6.0 m×2.0 m，見圖1。

圖1 2305 順槽原頂板支護斷面

2305 順槽掘進至1 426 m 將進入2#三盤區皮帶巷下方，見圖2。兩巷頂-底間距為2.0 m，交叉段長度為5.0 m；且兩巷頂-底間巖體主要以炭質泥巖、砂質泥巖為主，巖層整體穩定性較差。

圖2 2305 順槽平面布置

由于巷道掘進至1 426 m 處時兩巷頂—底間距為為2.0 m，若采用掘進機一次性成巷掘進工藝，在應力作用下很容易導致頂板垮落，而且傳統錨桿（索）支護在過巷段無法達到高強度支護效果，不利于頂板安全維護，故而在交叉段改用分層爆破施工工藝，并改用“穿層錨索+工字鋼棚”聯合支護技術。

2 過巷段分層爆破施工工藝

1）巷道從1 400 m 處首先采用掘進機以5°下山掘進，掘進長度為23 m（1 423 m 處），巷道下山掘進到位后保證2305 順槽與2#三盤區皮帶巷之間頂-底間距達到3.5 m。

2）巷道掘進至1 423 m 處及時將工作面永久支護施工到位，并對巷道采用分層爆破施工[1]，巷道分為兩個分層斷面，下段面規格為寬×高=4.5 m×2.0 m，上斷面規格為寬×高=4.5 m×1.1 m。

3）巷道下斷面采用光面爆破施工工藝，共計布置28 個爆破鉆孔；其中：掏槽孔4 個，孔深為1.6 m,單孔裝藥量為1.2 kg，輔助孔10 個，孔深為1.4 m，單孔裝藥量為0.9 kg，周邊孔14 個，孔深為1.4 m，單孔裝藥量為0.9 kg；光面爆破孔采用1#、3#、5#三種毫秒延期電雷管起爆，每段延期時間為130 ms。

4）巷道上斷面采用松動爆破施工工藝，上斷面共計布置兩排松動爆破孔，孔深為1.0 m，每排布置5 個，排距為0.5 m，第一排松動爆破孔距頂板間距為0.3 m（按爆破最小抵抗線為0.5 m），每個爆破孔填裝一支乳化炸藥，單孔裝藥量為0.3 kg，每次爆破炮孔數量為1～3 個[2]。

5）巷道爆破施工時先對下斷面進行光面爆破，后對上斷面松動爆破，爆破施工前需對過巷段頂板施工一排超前管棚支護，見圖3，防止爆破施工時受爆破震動影響，導致頂板垮落[3]；巷道分層爆破施工11 m 后繼續采用掘進機掘進。

圖3 分層爆破期間超前管棚支護剖面

3 過巷段頂板聯合支護措施

為了保證2305 順槽過巷段頂板施工安全，決定對過巷段頂板采取“穿層錨索+工字鋼棚”聯合支護技術。

1）穿層錨索施工

2305 順槽掘進至1 426 m 處時對原頂板支護進行優化，決定頂板采用穿層錨索支護。

（1）首先對2#三盤區皮帶巷交叉段進行起底施工，起底深度為0.5 m，起底長度為8 m，人工采用風鎬進行起底施工，起底后保證底板平整。

（2）2#三盤區底板起底后采用手持式鉆機對底板施工5 排錨索鉆孔，鉆孔穿層至2305 順槽頂板，鉆孔直徑為30 mm，每排施工4 個穿層鉆孔，孔間距為1.1 m，排距為1.2 m。

（3）穿層錨索鉆孔施工完后，依次在鉆孔內插入錨索，錨索長度為4.0 m，直徑為21.8 mm，同一排錨索插入鉆孔后在2#三盤區皮帶巷底板對同一排錨索外露端安裝一根長度為3.8 m，寬度為0.15 m 槽鋼，并采用鎖具進行固定[4]，見圖4。

圖4 2305 順槽過巷段頂板聯合支護平面

（4）在2305 順槽交叉段頂板同一排錨索外露端安裝一根長度為4.2 m“JW”型鋼梁，并采用鎖具預緊，預緊力不低于320 kN。

（5）2305 順槽交叉段頂板共計施工5 排穿層錨索，所有穿層錨索施工完后對2#三盤區皮帶巷起底處采用配比為水泥：沙子：石子=1：2：2 的混凝土澆筑，澆筑規格為長×寬×深=8.0 m×4.5 m×0.5 m，澆筑后確保澆筑面與2#三盤區皮帶巷底板平整。

2）U29 型鋼棚支護

為了進一步加強交叉段頂板穩定性，穿層錨索施工完后在巷道內支設密集U29 型鋼棚。

（1）為了提高鋼棚支撐作用力，防止棚腿出現變形現象，鋼棚成梯形狀，每架鋼棚主要由兩節棚腿、底座兩個，一節頂梁、四組卡纜、四根連接桿等部分組成；其中棚腿為U29 型鋼制成，棚腿長度為3.3 m，棚腿頂、底端焊制一塊長度為0.3 m，寬度為0.2 m，厚度為5 mm 鋼板，鋼板四個角焊制四個直徑為30 mm 圓孔。

（2）頂梁采用15＃工字鋼梁，長度為4.2 m，寬度為0.15 m，在鋼梁兩端0.5 m 范圍內，每隔0.3 m布置兩個直徑為30 mm 圓孔。棚腿底座主要由長度及寬度為0.3 m 錨索托板制成，底座上均勻焊制四個地錨固定孔[5]。

（3）U29 型鋼棚架設順序為：固定底座→安裝棚腿→安裝頂梁→安裝連接桿；在進行棚腿與頂梁固定安裝時根據頂板壓力情況適當調整棚腿與頂梁之間安裝角度，棚腿與頂梁之間角度在75°～90°之間。

（4）2305 順槽掘進至1 424 m 處開始架設U29型鋼棚，架設間距為0.5 m，超過交叉段2.0 m 后停止架棚，共計安裝14 架鋼棚，相鄰鋼棚間連接桿必須連接牢固，架棚后若鋼棚頂梁與頂板存在間隙必須采用水泥背板進行填充。

4 結語

2020年3月14日2305 順槽已掘進至1 440 m，對交叉段采取合理有效的施工工藝及支護技術，現場觀察、測試結果表明：

1）對2305 順槽過巷段采取分層爆破施工工藝后，解決了傳統掘進一次性成巷時，頂板空頂面積大、支護不及時導致交叉段頂板破碎、垮落等技術難題，加快了巷道掘進速度，并能夠根據頂板應力變化合理調整掘進進度，及時對頂板進行支護。

2）2305 順槽交叉段采取 “穿層錨索+工字鋼棚”聯合支護技術后，對交叉段安裝了頂板下沉監測儀，通過20 d觀察發現，聯合支護后交叉段頂板最大下沉量為0.11 m，頂板未出現破碎、斷裂現象，聯合支護起到了預期支護效果。