巷道过陷落柱施工工艺及支护优化_王宾涛.pdf

煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 1工程概况 表 1煤层顶底板情况表 长平矿主采 3 号煤层，煤层平均厚度为 5.62m， 煤层结构为 4.24 （0.23 ） 1.15。二盘区胶带机大巷为二 盘区采面回采时的主运煤和进风巷道， 布置在 3 号煤 层中，沿 3 号煤煤层顶板掘进，巷道掘进断面为宽 5.8m， 高 3.3m， 面积 19.14m2， 采用高强锚杆、 锚索、 W 钢护板配合金属网的混合支护。巷道标高 496～ 549m， 盖山厚度范围 370～405m。3 号煤层直接顶为 泥岩， 厚 2.63m， 老顶为细粒砂岩， 厚 6.01m； 直接底 为泥岩， 厚 0.77m， 老底为细粒砂岩， 厚 3.44m （煤层 顶板底板情况见表 1 ） 。二盘区胶带机大巷整体东西 高， 中间低， 巷道掘进至 656m 左右为巷道最低点， 掘进坡度较大， 为 0～9下山趋势。巷道掘进中局 部顶板节劈理发育， 煤体疏松破碎。 根据三维地震资 料显示，巷道掘进到 1150m 处，发育扩 DX20 陷落 柱， 预计长轴 45m， 短轴 30m， 预计掘进 40m 后通过 该陷落柱。 2原过陷落柱施工工艺和支护存在问题 2.1掘进工艺及存在问题 以往巷道掘进采用 EBZ150 掘进机进行掘进割 煤作业， 在巷道掘进过程中遇到陷落柱时， 若果矸石 硬度 f≤6， 采用掘进机直接截割的方式通过； 如果矸 石硬度 f＞6， 掘进机截割困难时， 采用炮掘施工， 在工 巷道过陷落柱施工工艺及支护优化 王 宾 涛 （山西长平煤业有限责任公司 ，山西 晋城 048000 ） 摘要 针对巷道采用炮掘过陷落柱效率低的问题， 结合长平矿二盘区胶带机大巷的地质情况， 对原 施工工艺及支护存在问题进行分析， 通过采用 EBZ260 掘进机组， 提高巷道过陷落柱的掘进效率， 并 对巷道围岩支护方案进行优化。试验表明 采用 EBZ260 机组截割过陷落柱， 掘进效率提升 150； 巷 道支护方案优化后， 顶板下沉量不大于 150mm， 两帮收缩量不大于 250mm， 巷道支护效果良好。 关键词 陷落柱 ； 全锚索 ； 喷浆封闭 ； 动态监测 中图分类号 TD353文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 03- 0039- 03 Construction Technology and Supporting Optimization of Roadway Passing Subsidence Column WANG Bintao （Shanxi ChangpingMeiye Youxian Zeren Gongsi ，Jincheng 048000 ， China ） Abstract Aimingat the lowefficiencyofblastingthrough subsidence pillars in roadways, combined with the geological conditions ofthe main roadway of belt conveyor in the second panel area of Changping Coal Mine, the problems of original construction technology and support are analyzed. By adopting EBZ260 roadway driving unit, the efficiency of roadway passing through subsidence pillars is improved, and the road- waysurroundingrock support scheme is optimized. The test results showthat the excavation efficiencyis increased by150 when EBZ260 u- nit is used to cut the subsidence column; after optimization of roadway support scheme, the roof subsidence is not greater than 150 mm, the shrinkage oftwosides is not greater than 250 mm, and the roadwaysupport effect is good. Key words collapse column ； full anchor cable ； groutingclosure ； dynamic monitoring 顶底板名 称 岩石 名称 厚度 （m ） 岩性特征 普氏 硬度 抗压强度 （MPa ） 抗拉强度 （MPa ） 老顶 细粒 砂岩 6.01 灰色， 中层状， 成分以石英为 主，夹黑色泥 岩条带，斜层 理发育，分选 性差，局部粒 度稍粗。 4.8- 11.6 7.1 20.3- 142.8 81.47 1.33- 5.7 3.62 直接顶泥岩2.63 黑色， 中层状， 顶部夹粉砂岩 薄层与条带， 具水平层理， 含植物化石与 碎片。 0.4- 7.1 3.53 4.3- 70.5 35.41 0.2- 1.5 0.84 直接底泥岩0.77 灰黑色，薄层 - 中 层 状 ， 含 大量植物根茎 化石碎片。 0.6- 7.77 3.5 20.3- 142.88 1.47 1.33- 5.7 3.62 老底 细粒 砂岩 3.44 灰黑色，中 - 厚层状，夹泥 岩 薄 层 与 条 带，含白云母 碎片，具波状 层理。 3.3- 11.6 6.14 20.3- 142.8 81.47 1.33- 5.7 3.62 39 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 作面打眼放炮，并采用掘进机修边出矸。由于 E- BZ150 掘进机功率低， 截割矸石硬度到， 掘进机出矸 时经常出现卡绊的现象，且由于掘进机负荷较大， 经 常造成油温超高、 油管接头漏油或爆裂， 出矸效率低； 炮掘施工时， 由于炮眼多， 打眼放炮工序多， 导致炮掘 施工效率低， 且放炮易造成矸石迸溅， 需要对巷道内 的风筒、 电缆、 风水管路、 掘进机及其上方的电气设备 采取保护措施。 因此， 巷道掘进遇陷落柱时， 整个过陷 落柱的掘进施工工艺复杂， 作业人员多， 作业量大， 施 工效率低。 2.2巷道支护及存在问题 二盘区胶带机巷采用高强锚杆、 锚索、 W 钢护板 配合金属网的混合支护。巷道顶板支护 锚杆型号为 MSGLW500 22/2400， 间排距为 10001000mm， 配 合 4002804mm型 W钢护板支护； 采用两支锚固 剂的树脂加长锚固， 设计预紧力矩为 400N.m、 设计锚 固力为 150kN； 金属网护顶， 网孔 5050mm。锚索规 格为 SKP221/1720.6300， 采用三支锚固剂的加长锚 固， 布置方式为 “2- 3- 2- 3” ， 排距 1000mm， 设计预紧 力不低于 350kN。 巷道两帮支护 锚杆型号 MSGLW 500 22/2400， 间排距为 9001000mm， ； 锚固方式、 预 紧力、 设计锚固力和护表网片规格与顶板相同。锚索 规格为 SKP221/1720.5300， 采用三支锚固剂的加长 锚固， 帮锚索排距 1m， 每帮 1 根， 呈 “之” 字型布置， 设 计预紧力不低于 250kN。具体参数见图 1 所示。 （a ） 顶板支护 （b） 巷帮支护 图 1巷道锚杆支护图 在过陷落柱期间由于巷道顶板破碎、完整性较 差， 顶板锚杆、 锚索锚固力难以满足设计要求， 锚杆支 护控制顶板效果有限， 为维护巷道顶板稳定， 需要在 原巷道锚网索支护的基础上滞后工作面 10 米开始架 设梯形棚跟进加强支护。梯形棚棚距 1000mm， 扎角 400mm， 棚梁长 4600mm， 上下棚腿长 3200mm， 顶板 背 5 处背板，两边背板距巷帮 800mm，背板间距为 1000mm （梯形棚支护见图 1 所示 ） 。梯形棚架设时需 要在巷道靠近两帮底板处挖柱窝， 上棚梁时需要多人 配合， 且在巷道下山掘进时梯形棚迎山角难以确定和 调整， 巷道架棚工程量大、 作业人员劳动强度大， 且工 程质量要求高、 施工难度大， 导致巷道掘进效率低， 严 重影响矿井采掘斜街。 图 2梯形棚支护图 （单位 mm ） 3过陷落柱掘进工艺及支护优化 3.1改进设备优化工艺 由于炮掘工序多， 施工效率低， 为提高巷道掘进 施工效率， 需采用机械化代替过陷落柱期间的炮掘掘 进工艺， 采用功率高的掘进机组 EBZ260 岩巷掘机进 行巷道掘进， 该掘进机功率高、 适应性强、 破岩能力 强， 能截割硬度为 100MPa 的全岩断面。 因此， 在过陷 落柱期间掘进工作面不再需要打眼放炮破岩的工序， 且掘进机小溜子马达功率高， 在出矸过程中基本不出 现矸石卡小溜子的情况，大大提升了掘进机出矸效 率， 从而提升掘进施工效率。 3.2支护方式优化 1 ） 增强顶板护表。根据地质资料情况， 在即将揭 露陷落柱时提前进行钻探，探测陷落柱影响范围， 在 巷道掘进揭露陷落柱之前 10m 开始，巷道顶板采用 双层金属网， 增强对巷道破碎顶板的护表能力。 2 ） 锚杆支护锚固力检测。提前 10m 进行巷道锚 杆支护施工时， 时刻检测巷道顶板锚杆、 锚索锚固力 是否满足设计要求， 如果锚杆、 锚索锚固力满足设计 要求则采用原有支护方案， 如果围岩破碎， 锚固力不 满足要求时应及时进行反馈， 并采取相应技术措施。 3 ） 巷帮注浆加固。 根据巷道掘进揭露陷落内部情 40 ChaoXing （上接第 38 页 ） 软岩支护设计研究[J]. 煤岩土工程学报,2005,27 （9） 977- 980． [2] 柴肇云,康天合,李义宝.物化型软岩微结构单元特征及其 胀缩性研究[J].岩石力学与工程学报,2006,25 （6） 1265－ 1269． [3] 姜耀东,王宏伟,赵毅鑫,等.极软岩回采巷道互补控制支 护技术研究[J]岩石力学与工程学报,2009,28 （12） 2383－ 2390． [4] 刘长武,陆士良.泥岩遇水崩解软化机制的研究[J].岩土力 学,2000,21 （1） 28－31． [5] 周翠英,邓毅梅,谭祥韶,等.饱水软岩力学性质软化的试 验研究与应用[J].岩石力学与工程学报,2005,24 （1） 33－ 38． 作者简介 董胜杰 （1984 年 8 月 -） ， 男， 汉族， 山东菏泽人， 2017 年 1 月毕业太原理工大学， 采矿工程专业， 本科学历， 助理工程 师， 现任霍州煤电集团汾河焦煤股份有限公司生产处科员。 （收稿日期 2019- 7- 17） 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 况， 巷道围岩破碎， 锚杆、 锚索锚固力不能满足设计需 要时， 需对巷道两帮围岩进行注浆加固， 充填巷道围 岩裂隙， 改善围岩结构， 提高围岩整体性， 从而提高巷 帮承载能力。在巷道两帮施工上下两排钻孔， 矩形布 置， 上排钻孔距顶板 1m， 下排钻孔距顶板 2m， 排距 2m， 采用 525 水泥和水玻璃进行注浆。 4 ） 顶板全锚索支护。 当巷道过陷落柱期间顶板锚 杆、 锚索锚固力不满足实际需要时， 改变顶板支护方 式， 采用顶板全锚索支护， 由锚索替代原锚杆支护， 锚 索间排距与原锚杆间排距保持一致， 并采用全长预应 力锚固， 保证顶板锚索支护锚固力。 5 ） 围岩喷浆封闭。由于巷道直接顶为泥岩， 易风 化变形破碎， 加之陷落柱影响范围内巷道围岩节理裂 隙发育， 使得空气通过节理裂隙进入围岩内部， 导致 深部围岩风化， 加速巷道围岩变形破坏， 因此， 根据探 测揭露陷落柱情况，在陷落柱前后影响区各 20m 范 围内进行喷浆封闭巷道围岩，防止围岩产生风化变 形。喷浆采用 C20 混泥土， 喷浆厚度 50mm。 6 ） 顶板动态监测。在巷道陷落柱影响范围内， 每 隔 10m安设一个顶板离层仪，及时监测顶板离层情 况， 发现离层加大， 顶板出现网兜等情况时， 提前采取 措施进行顶板补强。 4实施效果分析 通过井下工业性试验， 采用 EBZ260 机组截割过 陷落柱， 可以有效提高掘进效率。掘进进尺由原来的 每天 2m， 可以提高至每天 5m， 掘进效率提升 150， 很大程度上缓解了采掘衔接紧张的局面。 同时取消打 眼放炮作业， 节省人工， 避免放炮所带来的各种风险。 采用喷浆作业后， 顶板等到了有效控制， 并采用 “十 字” 测量法对硐室开口处顶板下沉量进行监测， 顶板 下沉量不大于 150mm， 两帮收缩量不大于 250mm， 巷 道支护效果良好。 5结语 地质构造是影响巷道掘进效率的重要因素之 一， 陷落柱内矸石硬度大时需要采用炮掘， 掘进效率 低，通过改进巷道掘进设备，采用大功率的掘进机 组， 直接截割过陷落柱， 巷道掘进效率提升 150； 优 化了巷道过陷落柱期间的支护方案， 通过采用 “增强 顶板护表、 检测支护质量、 注浆加固巷帮、 顶板全锚 索支护、喷浆封闭和顶板动态监测”等综合技术措 施， 保证了巷道支护效果， 实现了巷道安全、 快速、 高 效过陷落柱。 参考文献 [1] 禹程. 矿井大断面巷道快速掘进技术 [J]. 能源与节能， 2019，（2） 136- 137. 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