大傾角軟煤層片口施工技術優化及應用

鹿鐵軍

摘要：介紹了內蒙古福城煤礦1304N補回風巷片口施工技術方案優化，確保了片口的施工質量和施工進度，降低了巷道施工難度和后期維護強度，降低了單位施工成本。

關鍵詞 ：煤層爆破法片口施工技術

中圖分類號：TU74文獻標識碼： A

福城礦業1304N補回風巷是一采區三層煤重點采區，巷道設計長度：1533.4m，服務年限為2年。該片口將是1304N補回風巷的重要組成部分。在補回風巷掘進施工期間將擔負起行人、物料運輸、煤矸運輸及風水管線敷設等任務。

該巷道位于1304N補運輸巷開門點以里70m處，施工巷道為3煤（屬于軟煤層），屆時將通過更改施工方法及工序、縮小循環進度、補打錨索、加強臨時支護等措施施工。

一概況

1.1 地質概況

3上煤平均厚1.7m，煤巖類型屬半亮型，視密度1.4 t/m3，3上煤上下分層夾矸為泥巖，厚0.7～1.2m，平均厚度0.8m，3上煤頂板泥巖，黑灰色，泥質結構，層狀構造，平均厚度3.0m；再上為中砂巖，灰白色，中砂粒結構，層狀構造，鈣質膠結，厚9.0m。 3煤平均厚度2.5m，黑色，條帶狀結構，層狀構造，玻璃質光澤，巖芯呈粉末狀，半光亮型煤。直接底板為炭質泥巖，厚度0.3m-1.0m；其下是5煤，黑色，條帶狀結構，層狀構造，玻璃質光澤，屬半亮型煤平均，平均厚3.0m；再下為泥質粉砂巖，淺灰～灰色，砂泥質結構，波狀斜層理構造，鈣質膠結，厚12.9m。

1.2 礦壓資料

煤巖層走向353°～14°，傾向83～104°，煤層傾角達到40°。根據煤巖層綜合柱狀圖及相臨已掘巷道礦壓觀測資料表明，巷道施工范圍內地壓顯現較弱，施工范圍煤層為弱沖擊地壓傾向性，3上煤及3上煤泥巖頂板硬度低，穩定性差，頂板部分區域存在泥巖偽頂（頂板按III類頂板管理）。（圖1）

圖1煤層柱狀圖

1.3 巷道概況

1304N補回風巷（外段）開門點位于1304N補運輸巷E3導線點以南15.8m處（此處為巷中）首先按照設計斷面，真方位39°（與1304N補運輸巷呈25°夾角），沿3煤頂板掘進60.2m；后按真方位194°沿3煤頂板施工25m；后按真方位199°沿3煤頂板掘進243m與+620回風石門貫通。貫通后退至A點按真方位14°，沿3煤頂板施工193.4m；后按真方位10°，沿3煤頂板施工，巷道設計全長1533.4m。（圖2）

圖2巷道平面布置圖

1304N補回風巷開門點位置在1304N補運輸巷E2與E3導線點之間。此區域補運輸巷為6°上坡，巷道斷面形狀為切圓拱形，斷面規格為凈寬×中凈高＝4.5×4.0m，巷道上幫鋪設有1.6m寬皮帶架，單軌吊梁打設在頂板距下幫1.4m位置，吊梁底部距底板3.0m。

二原施工技術及存在的問題

2.1 原施工方案

開門采用鉆眼爆破法施工，放炮前最大控頂距不大于0.3米，放炮后最大控頂距不大于2.3米，循環進度2.0米，前期采用人工或扒裝機出煤，待距離合適后安裝綜掘機，使用綜掘機截割迎頭。

巷道開門時，在開門點頂板打設錨索加強支護，錨索間排距呈等邊三角形布置。施工時，按照巷道中線自巷道刷幫側向里施工，當巷道高度不足時，放頂施工，并及時進行永久支護，頂板打設雙錨索，間排距2500×3000mm。

例：1303S回風巷開門點位于1302S疏水巷S8導線點以北26m處（此為巷中），按照真方位196°沿3煤頂板掘進，巷道采用錨帶網支護，斷面形狀為圓弧拱形，斷面為凈寬×凈高＝4.4m×3.8m，與1302S疏水巷呈14°夾角，煤層傾角為42°。開門施工方法使用上述方法。在施工中由于3煤屬于軟煤層，牛鼻子側自巷中向南施工至30m處方施工完畢，由此施工片口寬度達到35m，考慮到巷道服務年限及礦生產接續為防止巷道頂板下沉，則使用水泥、煤矸配合錨桿人工澆筑起牛鼻子。造成施工量大量增加，浪費人工和材料費。

2.2 存在的問題

2.2.1 地質條件差

根據補運輸巷揭露情況顯示煤層松軟較破碎，直接頂為泥巖偽頂（平均厚度3.0m），煤層傾角達到40°。

2.2.2 環境復雜

受現場條件限制，巷道開門處為重要的運輸通道，敷設有1304N上面膠帶運輸機、單軌吊梁等，物料運輸、行人、供電線路、風水管路等均通過該施工地點。且受地質條件影響該段巷道為6°上坡，增加施工組織和安全施工難度。

2.2.3 分析

巷道開門處為大傾角軟煤層，頂板為泥巖偽頂且較厚，使原施工方案中對開門點放頂施工受到限制。若按原方案放頂施工則該片口頂板與1304N補運輸巷頂板順平至巷中，放頂工作量和施工難度大，易造成漏頂、片幫；片口處前后60m范圍內單軌吊梁向1304N補運輸巷巷中挪移，待片口形成后需再將吊梁挪回向1304N補回風巷分岔；并且1304N補回風巷初期安裝的扒裝機和后期安裝的皮帶機機頭會影響單軌吊的進出，影響1304N上面安裝時和投產后物料的進出。

三施工技術優化

2.1 施工方法

巷道開門采用炮掘法施工，前期采用人工攉矸或扒裝機扒裝出矸的方法施工；具備安裝綜掘機條件后，安裝EBZ-230型掘進機機掘法施工，安裝二運皮帶及JS-125型皮帶機形成膠帶運輸系統排矸。

2.2 支護方式

臨時支護：巷道開門臨時支護采用3組吊環式前探梁，前探梁采用6.0m長3吋鋼管制作；永久支護：采用錨帶網支護，錨桿采用MSGLD335/22的等強螺紋鋼式樹脂錨桿（Φ22×L2200mm），巷道采用錨桿配W鋼帶（WD280/3）及支護網支護，錨桿間排距為1000×1000mm，頂板采用鋼塑復合網（改性塑性包覆高強度冷拔鋼絲結構），兩幫采用雙向拉伸塑料網，以巷道中心線為基準左偏1250mm處打設錨索加強支護，錨索間距為3000mm，錨索采用1×7結構Φ17.8×L6200mm鋼絞線。

2.3 施工工藝

2.3.1 施工工序優化

施工工序流程：巷道臥底1→開門點刷幫→安裝扒裝機機械排矸→標注巷道中心線→施工牛鼻子2→巷道刷幫，施工3→偏口施工完畢。（圖3）

圖3施工大樣圖

2.3.2 施工技術優化

首先，巷道開門施工前對巷道開門點頂板打設錨索加強支護（錨索呈等邊三角形布置），前后50m范圍內臥底順坡，根據單軌吊機車吊料時最小高度及安全間隙確定巷道臥底深度最小1.5m，可確保巷道臥底后初期安裝扒裝機排矸和后期安裝JS-125型皮帶機排矸單軌吊機車吊料時能夠順利通過，且皮帶搭接點為平巷有利于煤矸卸載。

其次，對巷道開門點刷幫，擴寬巷道，人工攉矸至1304N補運輸巷皮帶運走。開幫深度達到1.5m時，安裝扒裝機實現機械排矸。

沿巷道中心線首先施工牛鼻子側，施工時打淺眼放小炮，循環進度不大于1.0m，每一循環前牛鼻子側均打設超前錨桿，作為超前支護固定巷幫，放炮后應及時進行臨時支護、掛雙層網、進行永久支護，打設雙排錨索加強支護，錨索按照巷道中心線左右各1250mm打設，排距為3000mm；另一側使用“W”鋼托板配錨桿支護，錨桿間排距為1300×1500mm。施工時受煤層傾角限制，分層掘進，上分層高度不低于3.0m，上分層先于下分層兩個循環施工，便于施工人員施工。沿巷道方向施工至8m時，牛鼻子厚度已達到1.8m，該側施工完畢。然后沿巷道中心線由里向外施工刷幫側至巷道設計寬度，形成片口。該片口計劃跨度為10.5m，施工后片口跨度為13m。

該施工方案有效地保證了片口施工質量、施工安全和施工速度。較好地考慮了后期皮帶機頭處單軌吊梁吊運物料所需高度，即根據單軌吊梁吊運物料所需高度及皮帶機頭高度而進行臥底，臥底工作一次完成，避免了放頂工作和由于放頂造成的后期維護難度，有效地保證了片口的安全性和施工質量；更改施工方案使臥底工作可以提前開始，縮短了片口施工工期，同時該方案降低了牛鼻子側的施工難度，加快了施工速度；該施工方案抹去了挪移單軌吊梁的工作量，也相應的減少了安全隱患。

結束語

經過對1304N補回風巷片口的施工，以及與原施工的其他類似三（四）岔門施工質量。實踐證明，在復雜條件下，對于軟煤層巷道片口施工時，應先施工牛鼻子側，且施工時小循環掘進，打設超前支護，避免巷道放頂施工，可較早形成牛鼻子，有效縮短巷道跨度，保證三岔門施工質量，延長和達到設計服務年限，減少后期巷道維修難度。降低巷道延米成本，取得較好地經濟和安全效益。同時為今后施工類似巷道提供實踐經驗和技術支持。