一種提高巷道維護形變周期的維護工藝在王坡煤礦中的應用

馬超智，田紅衛

（山西天地王坡煤業有限公司，山西 晉城 048021）

受采區范圍內采掘過程的影響，巷道周圍巖體發生形變，巷道噴漿段易出現大塊漿皮脫落的現象，使井下生產存在安全隱患。集中主運巷，集中輔運巷，南、北翼集中回風巷作為天地王坡煤礦的4條主要大巷，其穩定性、安全性對于煤礦正常運轉至關重要。由于王坡煤礦采區分布存在特殊性，采區范圍內受采掘動壓影響而產生不同程度的礦壓，導致巷道周圍巖體變形、底板鼓起、頂板受壓變形，噴漿巷道易出現大塊漿皮脫落現象，使井下的安全生產存在安全隱患。針對這一技術難題，以王坡煤礦集中輔運巷（8#軌膠聯巷至3215運順繞道段）為例，結合現場地質條件，分析大塊漿皮脫落原因，制定合理可行的維護方案。

1 工程概況

1.1 現場勘查

1.1.1 出現大塊漿皮脫落的位置

通過對現場實際的勘查發現，從集中輔運巷3207運順到3217運順，均存在不同程度的漿皮脫落現象。如圖1、圖2所示。

圖1 集中輔運巷3209段

圖2 集中輔運巷3211段

1.1.2 范圍

南北長度約為4.5 m，東西長度約為800 m，高度約為2.8 m。

1.2 出現大塊脫落的原因

主要受采掘動壓影響，漿皮脫落嚴重的巷段一側均有采掘作業點，采區回采后，遇二次來壓造成輔運巷頂板噴漿段出現裂縫，漿皮與頂板分離、脫落。

巷道維護工藝為錨網支護+U型鋼棚+噴漿，噴漿過程中如要將U型鋼棚噴平，至少需要噴射200 mm，中間的空隙直接由噴漿料填充，浪費大量的原材料，這種施工工藝在遇到二次來壓時，就會出現大塊漿皮脫落的現象。

2 集中輔運巷維護的基本安全要求

2.1 電纜及風水管路的防護標準

2.1.1 電纜的防護標準

將廢舊風筒布裁切為15~20 cm寬的布條，用風筒布條纏繞在電纜上，將其完全包裹（在每處節點使用16#鐵絲捆綁固定），避免后期維護作業使將電纜外皮摩擦破損。施工過程中嚴禁生拉硬拽。

2.1.2 風水管路的防護標準

施工維護段風水管路進行防護時，維護段吊掛錨桿間距為4~6 m，最大距離不超過6 m，吊掛采用規格為MSGLW-500 22/2400的錨桿，采用Φ18×64 mm型圓環鏈條配合專用馬蹄和高強度螺栓進行拴固。管路上部整齊鋪設廢舊皮帶，施工維護作業過程中嚴禁落煤（矸）到風水管路上。

2.2 施工維護作業平臺的搭設

作業三腳架采用Φ76無縫鋼管焊制而成，主體由兩個三腳架平臺搭設而成，高度2 m，長度1.5 m，底寬0.6 m。頂部鋪設木板，用8#鐵絲捆綁木板。作業平臺搭設時腿要垂直有力，不得有晃動，保證牢固可靠。

平臺搭設完成后，在作業平臺上鋪設拼接3~4塊長×寬×厚=4 000 mm×400 mm×70 mm的木板，木板兩頭與平臺架之間采用8#鐵絲連接緊固，平臺四周使用金屬網，將平臺圍繞，形成保護網。（人員上下平臺使用專用樓梯，嚴禁踩著巷幫錨桿錨索攀登上下平臺。）

2.3 維護安全要求

1）維護作業時要嚴格按施工順序執行。

2）挑頂擴幫維護段與正常巷高段銜接處不能出現網兜、傘檐等。

3）挑頂作業過程中，原有頂鋼帶、錨網可以作為下方設備、纜線和管路等的防護層，待破煤（矸）夠一排，將浮煤（矸）清理干凈，滿足永久支護時，再對報廢頂鋼帶、錨網進行拆除。嚴禁在巷道頂板未泄壓，在巷道永久支護下對頂鋼帶進行拆除[1]。另在切除錨桿、錨索過程中，要做好防護措施，避免切除過程中斷錨桿、錨索出現飛濺現象，誤傷自己和他人。

4）挑頂作業一個循環后要及時對堆積的浮煤（矸）進行清理，嚴禁影響巷道通風、車輛運行。施工作業平臺上的煤（矸）嚴禁過量堆積。

2.4 超前支護

集中輔運巷挑頂維護作業期間，原有U型鋼棚補強支護作為維護期間的超前支護。維護作業期間，U型鋼棚超前支護距維護作業迎頭不得超過2 m。

2.5 U型鋼棚拆除

1）拆除前，將棚梁用3T吊鏈或雙股8#鐵絲拴綁在金屬網上，棚梁不得少于2道，棚腿不得少于1道（棚腿已固定錨桿除外）。

2）拆除前，對棚梁頂部板梁逐架進行拆除。

3）拆除前，使用風動扳手擰開卡蘭螺絲。

4）拆除時，要有一人負責觀山支護，先對棚梁卡纜、拉桿進行拆除。

5）取下棚梁過程中，人員要配合協作。

6）拆除作業過程中，嚴禁任何非工作人員通過。

7）拆除后的U型鋼棚集中碼放，嚴禁現場亂丟、亂放。

2.6 U型鋼棚架設

1）架棚前，人員要站在安全地點，用長柄工具進行敲幫問頂，聽到“清脆聲”或手指有振動感方可工作。

2）將棚腿放入柱窩內，用雙股8#鐵絲把棚腿拴在幫網上，對準上梁位置，一人把腿扶好，拉桿安裝到位。

3）上棚梁時，要有一人負責觀山指揮，上梁人員要配合協作，找準棚梁位置，將棚梁放入梁腿接口處，并用雙股8#鐵絲把棚梁拴在頂網上，不得少于3道。檢查中線，合格后將兩棚腿和梁頭背緊背牢。

4）上梁時，加強對風筒、電纜線的防護，架棚工程完工后要及時對風筒、纜線進行標準化整改達標。

5）在施工中必須搭工作臺時，工作臺的腿要落在實底上，并且垂直于底板，臺面與腿的搭接要穩固可靠，平臺下人員必須站立在安全位置進行作業，如需靠近作業平臺作業，必須在告知平臺上作業人員后，方可靠近。工作臺上作業人員必須系好安全保護繩。

6）對不合格的棚子要進行處理、修復，做到幫頂緊實，拉桿齊全。

7）最后使用規格為MSGLW-500 22/2400的錨桿固定棚腿。

3 處理方案的制定

經研究決定，制定了新的維護工藝。首先在保證巷道的支護強度，錨網支護完成后，對裸露巷道進行初噴，初噴厚度為100 mm；隨后開始架棚，架棚完成后在鋼棚內側覆蓋一層金屬網，將頂幫背實，在U型鋼棚之間使用半圓木填充鋪平（平面朝外），覆蓋一層鋼筋網的方式作假幫、假頂，此處的施工作業為本次施工的重點，假幫假頂的設置；復噴平均厚度為50 mm，將U型鋼棚和鋼筋網完全覆蓋即可，噴射混凝土標號為C20。

3.1 施工順序

第一步：超前支護。第二步：由東往西以5 m為一個循環對U型鋼棚段進行破除漿皮，并進行挑頂刷幫作業。第三步：永久支護。第四步：維護段進行初次噴漿作業。第五步：維護段架設U型鋼棚，將U型鋼棚頂幫背實，同時在鋼棚外側覆蓋一層金屬網。第六步：在U型鋼棚間做假幫假頂。第七步：復噴。第八步：清理現場施工衛生，動態達標。

3.2 施工工藝

集中輔運巷挑頂刷幫作業采用風鎬破煤（矸）、人工攉煤（矸）轉運無軌膠輪車的施工方法。采用單體錨桿鉆機、幫錨桿鉆機進行永久支護，架設36U型鋼棚進行補強支護。采用PS7I-J轉子式混凝土噴射機進行噴漿作業。

3.2.1 作業方式

采用掘支單行，風鎬破一排支護一排的作業方式。破煤（矸）作業沿巖層穩定頂板往下逐排破除，每次破煤（矸）1m，支護1 m。永久支護后，最小空頂距不大于0.4 m，最大空頂距不大于1.4 m。頂板破碎時，應縮小空頂距，及時打設單體錨桿對空頂區域進行控制。

3.2.2 工藝流程

1）挑頂刷幫維護作業：交接班→瓦斯檢查、安全檢查→安設工作臺→敲幫問頂→拆除U型鋼棚→風鎬破煤（矸）→敲幫問頂→永久支護→清煤（矸）→文明生產→自檢驗收[2]。

2）初噴作業：交接班→瓦斯檢查、安全檢查→敲幫問頂→噴漿防護、準備→噴漿作業→清理底料→文明生產→自檢驗收。

3）架棚作業：交接班→瓦斯檢查、安全檢查→安設工作臺→架設U型鋼棚→文明生產→自檢驗收。

4）假幫假頂作業：交接班→瓦斯檢查、安全檢查→安設工作臺→架設假幫假頂→文明生產→自檢驗收。

5）復噴作業：交接班→瓦斯檢查、安全檢查→噴漿準備→噴漿作業→清理底料→文明生產→自檢驗收。

3.3 臨時、永久支護

巷道擴幫、挑頂維護后，進行支護作業（按巷道維護安全技術措施進行施工作業），支護完成后對巷道進行初噴作業。

3.4 初噴

1）噴漿時必須拉線作業，以保證噴漿面平整度。

2）盡早封閉裸露煤體（圍巖），限制煤體（圍巖）變形，提高煤體（圍巖）自身承載能力。

3）噴射材料包括以下幾種。①水泥：選用普通硅酸鹽水泥，水泥標號為42.5#（過期、受潮結塊或混合的水泥均不得使用。）②砂子：采用堅硬耐久的中砂或粗砂，細度模數應大于2.5，含水率控制在5%~7%，含泥量不得大于3%。③石子：采用堅硬耐久的卵石或碎石，粒徑不應大于15 mm。④水：混合水中不應含有影響水泥正常凝結與硬化的有害物質。⑤速凝劑：正常情況下，為水泥重量的2.5%~4.0%。⑥配合比：由于噴射混凝土施工工藝的特點，噴射混凝土標號為C20，既要滿足支護結構對噴射混凝土的物理力學性能方面的要求，又要考慮噴射混凝土工藝方面的要求，使噴射混凝土收縮變形值保持最小，噴射作業時的回彈率最低[3]。

4）永久支護完成后對裸露巷道進行初噴，初噴厚度為100 mm。

5）噴漿后，要及時關機，并關閉風水管路閥門，把噴頭嘴朝墻壁靠幫放置，以防人員誤動作傷人，并及時使噴漿機電源開關達到零位，閉鎖開關。

6）每班噴漿后，必須及時對底料及回彈料進行回收、清理和再利用，避免噴漿材料的浪費。

7）噴漿后，要對電纜、風水管路、噴漿機和噴頭等重新擦拭干凈和吊掛，并用水清洗有關噴漿設備，避免管路內殘留的噴漿料堵塞管路，影響下次使用。

3.5 架設U型鋼棚

1）U型鋼棚架設范圍：對8#軌膠聯巷以西約25 m范圍內24架變形鋼棚進行更換（型號為36U）。

2）U型鋼棚規格型號：36U。規格：寬×高=4 500 mm×3 800 mm。

3）拱梁與棚腿搭接長度500 mm，搭接部分使用3副雙槽形夾板式36U型專用鋼卡纜連接，卡纜螺母預緊力矩嚴格按U型鋼棚說明書執行。

4）U型鋼棚排距900 mm。鋼棚采用拉桿進行連接，支架柱窩必須挖到實底，柱窩深度不得小于400 mm；給柱穿鞋，柱窩與棚腿之間空隙采用水泥砂漿充填。

5）U型鋼棚架間裝設5道拉桿，分別為：頂部中線位置1條，兩拱肩位置2條，棚腿距底板1 000 mm處各1條。棚腿采用打設錨桿（型號為：MSGLW-500 22/2400）穿過預留錨桿孔進行固定。

6）必須對U型鋼棚進行除銹和刷漆防腐處理。在U型鋼棚頂部鋪設一層金屬網，采用10#鐵絲對U型鋼與金屬網進行不少于8道的綁扎。對U型鋼棚空頂部分使用背板進行充填和背幫背頂，背緊背實，排列位置和數量要均勻布置，確保U型鋼棚整體受力均勻。用1.2 m長的木板梁與木楔搭設井字形木垛進行接頂，每2架棚梁間木垛不得少于3個[4]。

（7）U型鋼棚架設要求包括以下幾點。①中線誤差：-20~+20 mm；②支架梁水平（限值）小于等于40 mm；支架梁扭矩（限值）小于等于50 mm；支架間距誤差為-50~+50 mm；棚腿傾斜度誤差小于等于1°；③迎山角標準：水平巷道前傾后仰架棚角度誤差為±1°；當巷道傾角為5～10°時，迎山角為1～2°；當巷道傾角為10～15°時，迎山角為2～3°。

8）棚梁水平度、扭矩均不得大于50 mm。

9）水平巷道支架的前傾、后仰偏差為±1°（1 m垂線不大于17 mm），傾斜巷道5～10°坡度支架的迎山角偏差為1～2°，不得退山。

3.6 假幫、假頂的搭設

1）架棚后，在背頂幫的同時，在鋼棚外側覆蓋1層金屬網。

2）在U型鋼棚之間采用半圓木平面朝外，從而保證二次噴漿作業后，巷幫的平整。

3）把U型鋼棚內側覆蓋1層鋼筋網，使用14#鐵絲將鋼棚內外兩側金屬網（鋼筋網）接連，同時和U型鋼棚連接，聯網要求同支護鋪聯網要求，直至將整個U型鋼棚填充完成，如圖3、圖4所示。

圖3 假頂示意圖

圖4 假幫示意圖

3.7 復噴

1）假幫、假頂完成后，進行復噴，噴漿時必須拉線作業，以保證噴漿面平整度。平均噴漿厚度為50~80 mm，噴漿混凝土標號為C20。

2）噴漿后，及時關機，并關閉風水管路閥門，把噴頭嘴朝墻壁靠幫放置，以防人員誤動作傷人，及時使噴漿機電源開關達到零位[5]。

3）每班噴漿后，必須及時對底料及回彈料進行清理。

4）噴漿后，要對電纜、管路等重新擦拭和吊掛，并用水清洗有關噴漿設備。

4 維護效果評價

1）初次噴漿后，限制了煤體（圍巖）變形，提高了煤體（圍巖）自身承載能力和頂板的穩定性。

2）架設U型鋼棚，提高了支護強度，降低了兩幫煤柱支撐強度低、垂直應力對巷幫煤柱的破壞作用，加固了頂幫的穩定性。

3）搭設假幫、假頂，能有效控制頂幫使其不直接受二次來壓的影響，同時還具有施工速度快、維護成本低的特點，減輕工作人員的勞動強度。

4）復噴后，加固假頂假幫，提高了承載能力，使井巷壁面平整光滑，從而降低巷道風阻。

5 結論

新維護工藝施工完成后，架棚噴漿區域遇二次來壓時，不會出現大塊漿皮脫落的現象，從而減小了對安全生產的影響，提高了巷道維護效率，減少了噴漿區域形變量，提高了承受期限，降低了維護成本。