大跨度下安全掘进

王岩

淮北矿业股份有限公司袁店一井煤矿掘进二区 235100

摘  要：袁店一井煤矿为82采区最后一个回采的826工作面，首先要施工826底抽巷对826工作面进行消突。为减少826底抽巷（岩巷）掘进工作量，充分利用老旧岩巷，在设计上不可避免出现新掘巷道与老巷贯通、斜交，造成新老巷道结合部巷道跨度大，顶板管理困难，安全生产存在问题，工程质量滑坡。

掘进二区5队在82采区不断总结与改进掘进施工工艺，施工826风巷底抽巷掘进工作面通过严管理、保工程质量，强化复合支护，巩固了掘进质量标准化水平，有效地保证安全生产。

关键词：围岩松软、大跨度、复合支护。

1、引言

袁店一井煤矿是双突矿井。为了对82采区8煤进行消突，将10煤作为下保护层先进行开采，将8煤作为被保护层后开采。82采区8煤标高-400m以浅为无突出危险区，826工作面的8煤标高-400m以深，需要打钻进行消突，必须施工826底抽巷工作面。

826底抽巷工作面分为826风巷底抽巷工作面（包含切眼）和826机巷底抽巷工作面。

826风巷底抽巷包括：

①辅助联巷49.7m。风巷底抽巷联巷35.3m。风巷底抽巷80m。切眼底抽巷63.9m。累计228.9m。

②修复-470回风大巷延长段420.4m。

③施工顺序：826辅助联巷自826风巷车场J4点后2.3m处拨门，按方位角N169°3.5°下山施工39.7m后透1023改造机巷，继续按方位角N169°，3.5°下山施工10m透-470运输大巷延长段延长段（-470回风大巷三岔门）。在-470回风大巷延长段H30点后46.2m处拨门施工826风巷底抽巷联巷按方位角N157°，按13°上山施工35.3m后调向施工826风巷底抽巷，按方位角N202°，按13°上山施工80m，拨门施工切眼底抽巷按方位角N112°，按7°上山施工63.9m后与826机巷底抽巷贯通。

本文主要就掘进二区5队施工的826辅助联巷透1023改造机巷，继续按方位角N169°，3.5°下山施工10m透-470运输大巷延长段延长段（-470回风大巷三岔门），此段巷道大跨度安全掘进施工进行总结。

2、围岩松软

2.1岩层情况

826风巷底抽巷工作面距82煤层底板35-40m，巷道断面内主要是泥岩和细砂岩。

2.2顶底板情况

直接顶：泥岩，厚度4.57～7.65/5.6m，灰色，泥质结构，水平层理，巨厚层状构造，断口呈参差状，含植物石碎片，菱铁鲕粒发育，裂隙发育，局部挤压揉皱现象明显，岩芯破碎，完整性差。

直接底：细砂岩，厚度6.10～10.60/9.08m，灰色，浅灰色，细粒砂状结构，钙质胶结，平行层理，巨厚层状构造，主要成分为长石、石英，分选性中等，次棱角状，局部岩芯破碎，完整性差。

老底：粉砂岩，厚度7.45～24.35/14.39m，灰色-深灰色，粉砂质结构，局部含泥质，夹薄层细砂岩，见大量植物化石碎片，致密。

2.3地质构造

工作面地质构造中等，地层为单斜构造，地层走向NNW，倾向NEE，倾角5~15°，平均11°。根据三维地震及地面钻孔资料分析，巷道施工过程中主要受2条断层影响（均为正断层，详见下表），其中DF14（∠70°H=0～45m）、F4-4（∠60～70°H=10-15m），对掘进施工均有不同程度的影响。

根据三维地震资料分析，未发现发育至煤层直径大于20m的陷落柱。

2.4水文情况

工作面主要受老空水、煤系地层砂岩裂隙水影响。

825工作面收作封闭后会形成824、825工作面采空积水区，预计最大积水面积约12229m2，积水量约9240.6m3，积水标高-399.8m～-393.6m。利用826风巷底抽巷施工钻孔进行远距离探放。

煤系地层砂岩裂隙水以静水量为主，且富水性不均一，局部裂隙发育段出现滴水、淋水现象，出水量有随时间逐渐变小的趋势，对生产影响较小。上山掘进，机、风巷具备自流排水条件。

2.5围岩松软

1023改造机巷锚喷支护断面为：净宽×净高=3100×2500mm（原设计净宽×净高=4600×3500mm）。透1023改造机巷处岩性为砂质泥岩，浆皮开裂较多，巷道积水较多。

-470运输大巷延长段（从1023改造机巷三岔门）至贯通点此段巷道顶板差，在原架（U）棚支护下套棚，U型棚棚距650mm，顶板上有管撞楔。断面净宽×净高=4500×3200mm，（原设计净宽×净高=5800×4300mm）。巷道有积水，现用风泵排水。

3、大跨度施工前的分析与加固

3.1分析

（1）826辅助联巷先透1023改造机巷，然后与-470运输大巷延长段成30°夹角斜交。最小跨度9.3m。

（2）若保不住1023改造机巷处犄角岩垛（2.5×1.3m），巷道跨度达16.7m，巷道管理难度大。因此必须及时浇灌1023改造机巷（与-470运输大巷延长段的通道），确保犄角的稳定。

（3）巷道贯通1023改造机巷前2处贯通点要加固到位。

（4）巷道掘进要控制循环进度和巷道高度。

3.2加固方案

（1）826辅助联巷距1023改造机巷20m前所有加固措施施工结束。

（2）锚索梁加固：

①加固1023改造机巷透点附近3m范围，施工三道锚索梁，中顶和三岔门两侧板各布置一排锚索梁，三岔门两侧梁长超出三岔门巷道两侧≥1.0m，巷中锚索梁超出三岔门两侧≥3.0m。

②加固从-470运输大巷延长段的1023改造机巷三岔门至-470运输大巷延长段封闭墙（巷道长度约30m）。沿-470运输大巷延长段施工三道锚索梁，中顶和三岔门两侧板各布置一排锚索梁，三岔门两侧梁长超出三岔门巷道两侧≥1.0m，巷中锚索梁超出三岔门两侧≥3.0m。

锚索选用规格Φ21.8×6300mm，锚索梁为矿用工字钢梁长4m，一梁三索，眼距1.3m。。

（3）从-470运输大巷延长段贯通处30m加固锚索梁施工结束，立即进行注浆加固：注浆锚杆选用中空螺纹钢注浆锚杆，规格：φ25×2500mm，间排距1600×1300mm，每个断面布置5根布置方式“505”。注浆水泥采用P.o42.5普通硅酸盐水泥。浆液水灰比为0.7～0.8:1，围岩有渗淋水的适当增加浆液浓度；浅孔注浆压力1.5Mpa，稳压时间5～10min。。

4、复合支护

4.1826风巷底抽巷（辅助联巷）四岔门支护方案及支护参数

4.1.1支护方案

（1）826辅助联巷采用综掘机（260A），锚喷支护，按中腰线施工。

（2）超前支护：顶板破碎顶部施工骨架管撞楔及锚杆超前护顶，防止顶板漏冒。

①超前骨架管撞楔为1吋×3000mm钢管。

②超前骨架管撞楔紧贴迎头巷道顶板轮廓上沿，管撞楔间距200mm，每排18根，外露均不大于 200mm；骨架管撞楔与巷道方向一致，确保形成一个平面，与巷道顶板夹角呈仰角 1～3°。

③支护时，锚网紧贴上方骨架管撞楔，巷道施工2排时， 再施工下一循环的骨架管撞楔。

（3）补强措施：为提高巷道支护强度，增强巷道稳定性，采用用锚索梁加固，并注浆。

①顶部：3道锚索梁加固，826风巷底抽巷中顶和三岔门两侧顶板各布置一排锚索梁，三岔门两侧梁长超出三岔门巷道两侧≥4.5m，巷中锚索梁超出调向巷道两侧≥4.5m。

②帮部：四岔门施工结束后，两帮各施工一排锚索梁（距顶板1.5m）。

锚索长度8.3m，锚索梁为矿用工字钢梁长4.5m，一梁三索，眼距1.6m。

③修复后首先对需要注浆的巷道进行全断面喷浆，喷厚70mm，然后注浆。注浆方式：注浆锚杆选用中空螺纹钢注浆锚杆，规格：φ25×2500mm，间排距1200×1400mm，每个断面布置4根（中顶用注浆锚索代替注浆锚杆）,布置方式“404”。注浆锚索选用规格Φ22×7000mm中空注浆锚索，间排距2400×700mm，菱形布置，布置方式“121”。注浆水泥采用P.o42.5普通硅酸盐水泥。浆液水灰比为0.7～0.8:1，围岩有渗淋水的适当增加浆液浓度；浅孔注浆压力1.5Mpa，稳压时间5～10min。

4.1.2支护参数

（1）迎头支护形式为锚喷支护形式，巷道断面净宽×净高=5000×3700mm。

（2）支护材料：金属网规格：Φ6﹣2100×900mm，网格100×100mm，钩环相连，环环必扣；矿用高强护帮塑网，规格：1×50m；支护锚杆选用无纵筋左旋螺纹钢高强锚杆规格：Φ22×3000mm，每排15根,每根锚杆使用2卷Z2950树脂锚固剂；锚索规格：Ф21.8×6300mm，每排5根(按“555”布置），每根锚索使用1卷K2950、2卷Z2950树脂锚固剂。水泥选用p.o42.5级普通硅酸盐水泥，黄砂选用中粗砂，喷射砼配合比为水：水泥：黄砂＝0.57：1：2，外加水泥用量4％的速凝剂。。

（3）质量要求：

①锚杆采用无纵筋左旋螺纹钢高强锚杆，锚杆规格φ22×3000mm，间排距800×700mm。托盘200×200×16mm，金属网规格：Φ6mm×2100×900mm，网片压茬100mm。锚杆与巷道轮廓线或岩面垂直，其夹角不小于75°；外露10～50mm；扭矩不小于300N·m，锚固力不小于80KN。每根锚杆采用2卷Z2950型树脂锚固剂。

②锚索规格φ21.8×6300mm，间排距1600×1400mm，托盘规格为TPF300×300×16mm，外露150～250mm，锚索外露端头加护套；锚索锚固力不小于200KN；每根锚索采用1卷K2950、2卷Z2950树脂锚固剂。

③帮上部锚杆滞后茬头≯1个循环，破碎不超过1排。帮下部锚杆滞后茬头≯12排，距底板≯300mm。打锚杆时要打一根，装一根，紧固到位。顶部锚索紧跟茬头；帮锚索滞后茬头≯1个循环进度，锚索要当班张拉。

④喷浆厚度不小于70mm（初喷到茬头，复喷至综掘机尾）。

4.2实际支护过程中出现的问题

（1）此段巷道（从透1023改造机巷至-470运输大巷延长段贯通），-470运输大巷延长段贯通处架棚巷道，辅助联巷与-470

运输大巷延长段斜交，涉及36架U型棚，巷道长度达24m，跨度大处理困难。

（2）提前加固注浆，由于顶板岩石破碎，顶部注浆锚索止浆塞跟围岩不能密贴，注浆前逐孔需要用水泥重新封孔。一注浆，没有达到压力（注浆机压力表指针没有动），浆液就从顶板漏出来，注浆的效果差。

（3）贯通点贯通前加固，对斜交贯通范围30m巷道（-470运输大巷延长段）施工5道锚索梁加固（顶板3道，两帮各1道），并提前注浆结束。施工临近贯通前对此段打9个木垛盘进行管理。采用道木打木垛管理顶板（道木规格长×宽×厚=1600mm×140mm×180mm ），木垛与棚梁接上劲。

（4）施工过程中，迎头顶板破碎采用管撞楔超前护顶，由于管撞楔强度大于钢筋网，顶板不耐看，成型差。顶板破碎处，采用先找掉活矸，挂网施工长4.3m锚索（代替锚杆）进行管理，然后立即喷浆，效果比管撞楔好。

（5）为防止巷道矿压显现快，控制巷道掘进高度3.1m，施工结束后通过卧底的方式达到3.7m。

（6）施工循环进尺1排，对当班进尺涉及到U型棚，逐棚逐根棚腿（棚梁）进行拆除，拆除前必须有木垛管理拆除的U型棚，辅助联巷巷道轮廓线处的U型棚直接锯掉。锯掉后余下U型棚梁不影响巷道施工，再施工锚索梁托住。拆除多余木垛。施工进度慢。

（7）为了控制巷道跨度，及时回填（喷注浆）犄角段（1023改造机巷通道），采用短锚索对锁加固犄角段。

（8）迎头采用5道锚索梁加固，顶板三道两帮各一道，紧跟迎头，够打一根锚索梁的距离就施工一根。复喷紧跟综掘机一运。

（9）及时施工注浆锚杆和注浆锚索，并规范注浆。

5、复合支护施工工艺的优缺点

5.1复合支护优点

（1）通过预先注浆，提前锚索梁加固、木垛盘管理加强端面防护、顶板管理，控制住迎头山墙、顶板、肩窝煤岩体漏、抽导致冒顶现象，有效改善巷道围岩运动状况。强化了支护效果，促进掘进工作面质量标准化水平。

（2）缩小强化锚杆、锚索的排距，强化支护强度。及时补强加固：喷浆和施工补强5道锚索梁对巷道的加固，实现了主动支护与围岩的有效结合。

（3）严格控制一次成巷的高度，完工后通过卧底达到设计高度。

（4）对巷道及时补强注浆后，提高巷道围岩整体强度和稳定性。

通过复合支护，减小巷道变形量，巷道支护强度明显提高，顶板下沉量及两帮移近量均得到有效控制。

5.2复合支护缺点

（1）巷道提前加固要控制好提前工期，否则影响生产。

（2）补强要及时有序，才能发挥最大支护效果。

（3）施工工序复杂，工序环环相扣，严格加强工程质量管理，才能达到支护设计目标。

（4）施工工序复杂，影响了单进水平的进一步提高。

5、结语

袁店一井煤矿826掘进工作面作为82采区最后一个放顶煤工作面，在汲取82采区其他工作面的基础上根据实际情况，针对巷道围岩松软，大跨度情况，选择合理的复合支护工艺，取得了很好的施工效果。

复合支护工艺，通过强管理保质量，实现有效干预围岩的有害运动，增强围岩稳定性，提高支护强度。

参考文献：

戴晨;;采空区上部掘进巷道的支护研究[J];采矿技术;2019年02期.

第一作者简介：王岩，男，工程师，2013年毕业于安徽理工大学采矿工程，本科，现从事掘进技术管理工作。