大断面煤巷锚杆支护快速掘进施工技术
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[摘 要]掘进巷道施工速度的快慢直接影响到矿井的正常衔接，对矿井稳定、高产具有关键性作用。本文结合南屯煤矿73下23运顺皮带机头煤巷掘进工程实际，通过优化施工工艺和施工组织，实现了大断面煤巷一次成巷掘进技术，不仅掘进速度提高20%以上，而且工程质量优良，安全无事故。
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）20-0275-01
1、前言
矿井煤巷掘进是一项复杂的系统工程，其掘进效率直接影响到矿井的正常生产。近年来，很多煤矿的巷道掘进速度都有了较大的提高，但由于受到矿井实际地质条件、现场组织管理水平等因素的制约，巷道掘进速度难以达到快速掘进的要求，采掘平衡失调现象仍然严重。传统煤巷钻爆法的施工水平及技术经济指标受多种因素制约，主要包括设备配置、施工组织、管理水平及钻掘工艺水平。因此，在大断面巷道快速掘进中，根据巷道的具体环境特征及岩石层的结构特征，结合先进的工艺设备制定出科学合理的施工方案，科学有效地进行生产组织管理，解决好支护与掘进的平行作业程度，对实现巷道的快速掘进具有重要的作用。
2、工程概况
南屯煤矿73下23运顺皮带机头煤巷位于七采区深部，巷道设计长度约100m，主要用于满足73下23综采工作面回采过程中运输、通风、行人等需要。该工作面煤层赋存稳定，结构简单，内夹镜煤条带，煤质较脆。煤层总厚度约3.0～3.43m，平均厚度约3.16m，煤层倾角为3°～7.5°，平均倾角约6°，煤层普氏硬度为f=2～3。待采的3下煤层与3上煤层间距为11.2～16.0m，平均13.5m。直接顶为灰黑色粉砂岩，平均厚度5.86m，块状，发育斜层理及裂隙，岩石普氏硬度为f=4～5。直接底为灰色粉砂岩，平均厚度1.93m，具斜层理，富含植物根部化石，岩石普氏硬度为f=4～5。
3、大断面煤巷快速掘进施工工艺
3.1 围岩类型判断及支护方式确定
73下23运顺皮带机头属于沿3下煤层顶板掘进的沿空巷道，根据煤巷围岩稳定性分类标准，围岩稳定程度属“中等稳定”，围岩稳定性类别为Ⅱ类。巷道断面设计为矩形断面，宽4500mm，高3300mm，S荒=16.45m2，S净=14.85m2。
因七采区是已生产采区，根据工程类比法，确定采用锚网索支护，基本支护形式采用锚网+钢筋梯+锚索的全锚支护形式，设计顶锚杆锚固方式为全长锚固。顶锚杆采用KMG500左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆、帮锚杆采用KMG400左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆或全螺纹锚杆。
3.2 支护工艺
（1）支护材料
a、锚杆：顶部采用Ф22×2200mmKMG500左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆，帮部使用Ф20×2200mmKMG400左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆或全螺纹钢锚杆；b、锚索：采用Φ22×5500mm或Φ22×7500mm高强度低松弛预应力钢绞线及配套锁具锚索；c、托盘：锚杆托盘采用工字钢或厚度为10mm的Q335钢板加工的托盘，规格：150×150×10mm。允许使用部分回收利用的、强度可以达到要求的旧锚杆托盘，应集中一段使用。托盘设置方向以完全压住钢筋梯（或煤岩壁）为准。锚索托盘由Q235A钢板制作，规格为400×400×26mm；d、钢筋梯：Ф12mm钢筋全焊工艺制成，1-1断面、2-2断面顶部使用4600×80mm6孔均分钢筋梯，帮部使用2800×80mm4孔均分钢筋梯；e、金属网：巷顶使用10#机织2000×1000mm金属网，巷帮采用10#机织2000×1000mm菱形网；f、锚固剂：顶部Ф22×2200mmKMG500左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆配CK25100型树脂锚固剂，1支/孔；顶部锚索配CK25100型树脂锚固剂，2支/孔；帮部金属锚杆配CK2880型树脂锚固剂，1支/孔。
（2）支护参数及技术要求
1）锚杆布置参数：a、锚杆间距：顶锚杆900mm，帮锚杆900mm；b、锚杆排距：900mm；c、网与网对接，用12#连网丝隔两扣相连拧三圈；d、锚杆布置在钢筋梯孔内，特殊情况（如补打锚杆等）可不布置在钢筋梯孔内，钢筋梯应紧贴金属网；e、若巷道两帮锚杆距底板超高进行补打时，可施工于两排锚杆中间，成三花型布置；f、锚杆托盘：锚网巷道正常条件时每根金属锚杆使用一块铁托盘，出现顶帮破碎、煤壁片帮等情况时允许加垫1个木托盘；木托盘必须紧贴钢筋梯（或煤壁），使钢筋梯、金属网紧贴煤岩面。
2）锚固参数：a、顶部钻孔：Ф28mm。顶部锚杆孔深度：2150mm；帮部钻孔：Ф32mm。帮锚杆孔深度：2150或1750mm；b、锚固剂：顶部每孔使用1支CK25100树脂锚固剂，帮部金属锚杆每孔均使用1支CK2880树脂锚固剂；c、顶部锚杆必须采用快速安装工艺施工，用顶置式风动锚杆钻机上紧螺母，扭矩达到120N・m。帮锚杆必须使用力矩扳手或风扳机上紧螺母，扭矩达到60N・m；d、锚杆间排距误差、外露长度等见质量验收表。
（3）临时支护安装工艺
首先对已掘出的巷道按照敲帮问顶制度进行敲帮问顶，摘除顶帮危岩活矸后，在靠近迎头的一排顶锚杆尾部所露螺纹（长度20～50mm）上好吊杆，拧入丝长为16mm。托起探梁，使探梁穿入一合适的孔内，接着将U型钩穿入吊杆一合适的孔托牢前探梁。探梁前头距迎头≤200mm，在其上铺设金属网（用12#联网丝隔扣相连用联网钩拧三圈）。
3.3 施工工艺
（1）施工准备及施工方法
73下23运顺皮带机头采用7665MZ型风动气腿凿岩机湿式钻眼，人工装药爆破，采用30kW简易耙装机（660V30kW电机）耙装出煤，127V60W防爆照明灯照明，配合刮板输送机与采区大皮带运输煤流。设备材料平巷采用CDXT-5电机车牵引矿车运输，斜巷采用调度绞车提升3t标准矿车运输。人工支护的方式掘进。
（2）凿岩方式
巷道均采用打眼放炮的方法破煤岩，采用7665MZ型风动凿岩机湿式钻眼。压风动力源为地面压风机房通过专用管路传输来的矿井压缩空气（压风）。顶板采用MQT-120型顶置式锚杆机进行打眼支护。按炮眼布置图定好眼位后，使用7665MZ型风动气腿湿式凿岩机2～3部分别同时湿式钻眼。
（3）装、运岩（煤）方式
73下23皮带机头采用30kW简易耙装机（660V30kW电机）耙装、配合SGW-40T型刮板运输机、七采西部大皮带出煤矸。
（4）爆破作业
采用SMⅡ―1型二级煤矿许用小直径水胶炸药配合毫秒延期电雷管爆破破岩，严禁在同一工作面内使用两种炸药。水胶炸药的规格为：Φ27×300（mm），药卷重量200g/卷。采用煤矿许用毫秒延期电雷管正向装药结构，起爆使用FD200D（A）煤矿用电容式联锁发爆器，一次装药一次起爆，联线方式为串联联线。
3.4 劳动组织和循环方式
巷道掘进施工采用“三、八”制（一天三班，每班八小时）组织生产，每班班长、安全班长各一名，组织全班安全生产；机电维修工一名，负责维护维修掘进使用的机电、机械设备。锚网支护循环方式为：三个班掘进进尺，一掘两锚网，同时出煤矸，正常掘进时每天完成三个正规循环，进尺5.4m。
4、结语
通过现场工业试验表明，在深部大断面巷道快速掘进中，一定要根据巷道的具体环境特征及岩石层的结构特征，配备配套的机械设备和熟练掌握机械设备操作技术作业线，同时要制定出科学合理的施工方案，把多工序、多工种的平行作业安排好，保证各工序的有效衔接和紧密配合，从而保证大断面巷道快速掘进工程的顺利进行。
作者简介
张春森（1970），男，本科，采矿工程师，现就职于兖州煤业股份有限公司南屯煤矿，主要从事安全生产管理方面的工作。