近距離煤層巷道掘進(jìn)工藝分析及支護(hù)技術(shù)研究

王 建

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉華宮礦，山西 大同 037016）

1 簡述工程狀況

15#煤在礦井的東翼且15#煤的回采已完成，將工作面布置到煤層中，且工作面的數(shù)量是3 個(gè)，在實(shí)體下布置150108軌道順槽，從150108膠帶的開口一直到600m 段都在實(shí)體煤下，600~720m 段都在150102 采空區(qū)下，上覆的采空區(qū)與巷道的間距平均是4.5m，是近距離掘進(jìn)采空區(qū)下的巷道，如圖1就是其關(guān)系圖。

圖1 150108膠帶巷與上覆采空區(qū)對應(yīng)關(guān)系圖

2 優(yōu)化巷道斷面

2.1 目前巷道掘進(jìn)的狀況

在150108 膠帶巷中，會(huì)對綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝進(jìn)行使用，掘進(jìn)的巷道距離是620m。在巷道掘進(jìn)初期，巷道的斷面是矩形的，將錨索+錨桿聯(lián)合支護(hù)使用到巷道頂板中，錨桿的直徑與長度分別是22mm、2.4m，托盤的規(guī)格是150mm×150mm×10mm；相鄰錨桿的間距與排距分別是1.0m、0.9m，1 排所布置的錨桿數(shù)量是5 根。將預(yù)應(yīng)力鋼絞線使用到頂板的錨索中，且鋼絞線是低松弛高強(qiáng)度的、股數(shù)是1×19，其直徑與長度分別是21.8mm、4.0m，會(huì)選取“三·二”進(jìn)行布置，所布置的排距與間距分別是1.8m、1.6m，在相鄰錨桿之間的頂板核心安裝著錨索[1]。

在150108膠帶巷中，從開口到600m段的掘進(jìn)是比較穩(wěn)定的，在這個(gè)階段的頂板錨索（桿）支護(hù)也有比較好的效果，兩幫的收斂量小于0.17m，頂板所發(fā)生的變形量小于0.12m，沒有兩幫垮落、頂板破碎等狀況出現(xiàn)。在巷道掘進(jìn)到600m 位置時(shí)，就進(jìn)到了15#煤層上覆的150102工作面采空區(qū)下，在巷道又掘進(jìn)10m時(shí)，因?yàn)樯细驳牟煽諈^(qū)剩余應(yīng)力和巷道的開挖應(yīng)力所產(chǎn)生的影響，就會(huì)有破碎出現(xiàn)在層中的巖體，就會(huì)有裂隙在巖體中發(fā)育，有失穩(wěn)出現(xiàn)在圍巖中，兩幫垮落、頂板破碎，頂板錨桿支護(hù)的效果下降了17%，且頂板下沉量最大是0.38m，兩幫垮落深度最大是1.4m。

2.2 優(yōu)化巷道斷面

（1）由于要把采空區(qū)剩余的應(yīng)力破壞兩幫的程度降低，將兩幫支承頂板的強(qiáng)度增加，推動(dòng)不間斷應(yīng)力梁形成于頂板，在巷道掘進(jìn)到620m 位置時(shí)，就要優(yōu)化巷道斷面，用梯形斷面來取代矩形斷面。

（2）在優(yōu)化之后，巷道梯形斷面的高度是3.2m，底板與頂板的寬度分別是5.2m、3.8m，且兩幫與迎山的度數(shù)是78°，巷道支護(hù)的有關(guān)設(shè)計(jì)并沒有改變。

（3）在近距離采空區(qū)下對巷道進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，由于要將成型巷道的成功率提高，避免進(jìn)行一次性掘進(jìn)過程中，不能很好地控制掘進(jìn)進(jìn)度，導(dǎo)致有垮落出現(xiàn)在頂板，并決定將分層掘進(jìn)工藝使用到620~720m段的巷道中，且分層掘進(jìn)工藝結(jié)合了爆破和機(jī)械。就是將松動(dòng)爆破使用到其下斷面，將掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)使用到了其上斷面。

（4）梯形斷面就是下斷面，梯形斷面上邊與下邊的寬度分別是5.0m、5.2m，斷面的高度是5.0m。將松動(dòng)爆破孔布置到下斷面中，且松動(dòng)爆破孔是2排，松動(dòng)爆破孔的直徑與孔深分別是40mm、1.0m，所布置的鉆孔的間距是1.0m，1排所布置的數(shù)量是5個(gè)，所布置的2排鉆孔的排距是1.2m，將鉆孔布置為三花。將發(fā)電雷管與乳化炸藥都填裝到鉆孔中，且發(fā)電雷管與乳化炸藥的數(shù)量都是1個(gè)，選取水炮泥將炮孔封住，而且封孔的長度要在0.5m以上，1次就要爆破3個(gè)鉆孔。

（5）在將下斷面進(jìn)行爆破之后，由于爆破所產(chǎn)生的震動(dòng)，就會(huì)有圍巖裂隙出現(xiàn)在其煤體中，使圍巖的巖體強(qiáng)度與穩(wěn)定性降低了，這時(shí)會(huì)選取掘進(jìn)機(jī)來掘進(jìn)上斷面，單茬所掘進(jìn)的深度是0.8m。

3 “注漿錨桿+錨索鋼梁+梯形棚”聯(lián)合支護(hù)的使用

由于要將近距離采空區(qū)下對巷道進(jìn)行掘進(jìn)過程中頂板所具有的穩(wěn)定性提高，避免有垮落出現(xiàn)在頂板，以之前的頂板支護(hù)為基礎(chǔ)，在將“梯形棚+錨索鋼梁+注漿錨桿”聯(lián)合支護(hù)施工到頂板中[2]。

3.1 注漿錨桿支護(hù)的使用

（1）之前巷道頂板的錨桿會(huì)和注漿錨桿相互配合著使用，在布置注漿錨桿時(shí)，會(huì)使用“三·二·三”的方式，用注漿錨桿取代之前的頂板各個(gè)排的5#（幫部）、3#（中部）、1#（幫部）錨桿，然后，2#與4#依然采用之前頂板的螺紋鋼錨桿，注漿錨桿會(huì)使用到下一排的2#與4#中，依次類推。在布置注漿錨桿時(shí)，其排間距是2.0m。圖2就是其示意圖。

圖2 15108膠帶巷聯(lián)合支護(hù)斷面、平面示意圖（單位：mm）

（2）將注漿錨桿施工到150108膠帶巷的頂板，且注漿錨桿是用鋼管直接焊接形成的，鋼管是中空無縫的，鋼管的直徑與長度分別是40mm、3.5m，將注漿射孔焊到注漿錨桿的頂部，所焊制的注漿射孔數(shù)量是3排，相鄰孔之間的距離是0.3m，射孔的直徑是10mm，1排就7個(gè)射孔。

（3）注漿錨桿的施工步驟是:①鉆孔施工。②注漿錨桿的錨注。③注漿軟管的安裝。④將泵打開，進(jìn)行注漿。⑤承載件的安裝。將聚氨醋粘合劑用作注漿液，1個(gè)孔的注漿量是21.5kg，注漿壓力是2.5MPa。

3.2 施工錨索鋼棚

由于要將頂板所具有的承載強(qiáng)度提高，避免有下沉與破碎出現(xiàn)在頂板中，就將錨索鋼棚支護(hù)施工到頂板中。

（1）連接縱梁、恒阻錨索、JW型鋼梁等部分構(gòu)成了錨索鋼棚支護(hù)，JW 型鋼梁的寬與長分別是0.32m、4.5m，錨索支護(hù)孔會(huì)布置到鋼梁中，且數(shù)量有3個(gè)，相鄰孔之間的距離是1.8m。

（2）恒阻錨索的直徑與長度分別是21.8mm、4.0m，將12#槽鋼直接焊接成連接縱梁，并且縱梁總長是2.2m，將縱梁的上部與下部所焊成的形狀是凹槽狀，固定JW型鋼梁和槽鋼縱梁的是卡纜。

（3）第一步就是將JW型錨索鋼棚施工到相鄰錨桿中間存在空隙的頂板中，在布置鋼棚時(shí)，其排距是2.0m，用3 根恒阻錨索來固定1 架JW 型鋼棚。在安裝JW 型鋼梁及預(yù)緊之前，會(huì)將縱梁3 根安裝在相鄰的吊棚中間，并進(jìn)行固定，在安裝縱梁之后，在預(yù)緊JW型吊棚，在預(yù)緊之后，在保證頂板和JW型梁、縱梁的接觸比較嚴(yán)實(shí)。

3.3 梯形棚支護(hù)的使用

由于要將兩幫與頂板圍巖所具有的抗載荷力提高，將頂?shù)装逶诖怪狈较虻膽?yīng)力破壞兩幫與頂板的力度降低，將梯形鋼棚架設(shè)到其下段，且所架設(shè)的梯形鋼棚是非常密集。

（1）拉桿、卡纜、底座、棚腿2 節(jié)等部分構(gòu)成了每1架的梯形棚。會(huì)選取螺母來對底座與棚腿進(jìn)行固定，將U29型鋼直接焊制成棚腿，所焊制的棚腿總長3.5m，將對接鋼板安裝到棚腿的最頂端，將卡纜固定孔焊制到鋼板中，且卡纜固定孔的數(shù)量是4個(gè)。

（2）5 根圓鋼和夾板構(gòu)成頂梁，且圓鋼的直徑是30mm，頂梁的長度與寬度分別是4.2m、0.5m，將2 個(gè)對接鋼板分別焊到頂梁的2個(gè)頂端上，對接鋼板的參數(shù)和棚腿最頂端的相同，圖2就是其示意圖。

（3）在安裝梯形棚時(shí)，其間距是2.0m，安裝梯形棚的步驟是：①底座。②棚腿。③頂梁。④連接桿。2架相鄰的鋼棚會(huì)被連接桿進(jìn)行固定，且連接桿的數(shù)量是6根，長度是2.0m 的連接桿分別在頂梁與棚腿上進(jìn)行安裝，兩幫和棚腿對迎山角的安裝是相同的[3]。

4 成效

從開始掘進(jìn)到2021 年6 月17 日，該膠帶巷掘進(jìn)到了780m，并從15#煤層上覆的采空區(qū)所影響區(qū)域中通過。將YH-300 型數(shù)字顯示離層儀安裝在該膠帶巷掘進(jìn)的650~700m段。經(jīng)過現(xiàn)場半個(gè)月的觀察得知，從開始到第8d，由于集中應(yīng)力的作用，就會(huì)有變形出現(xiàn)在頂板，繼而有下沉出現(xiàn)在頂板中；從第8d 到第12d，頂板所發(fā)生的下沉量慢慢下降，在12d之后，頂板基本上就穩(wěn)定了，控制其下沉量一直小于0.12m。于此同時(shí)，在對聯(lián)合支護(hù)技術(shù)進(jìn)行使用之后，會(huì)將頂板所具有的承載強(qiáng)度增強(qiáng)，使頂板的垂直應(yīng)力破壞兩幫的力度降低，很好地控制了兩幫的垮落，控制其垮落深度小于0.7m。