煤礦巷道掘進(jìn)施工及頂板支護(hù)技術(shù)研究

　　巷道作為礦井生產(chǎn)的咽喉，承擔(dān)運(yùn)輸、通風(fēng)、行人等重要的作用，其安全高效的掘進(jìn)，關(guān)系到整個(gè)礦井生產(chǎn)效益[1]。隨著我國礦井開采深度的逐漸增大，巷道掘進(jìn)后之后的支護(hù)工作也是一項(xiàng)難題，尤其是頂板支護(hù)[2]。如果頂板支護(hù)不合理，容易出現(xiàn)冒頂事故，造成人員的傷亡，影響礦井的安全高效生產(chǎn)[3]。因此，巷道的掘進(jìn)既要選擇合理的施工工藝，又要對(duì)施工后的支護(hù)形式和參數(shù)進(jìn)行合理優(yōu)化，提高巷道的支護(hù)強(qiáng)度，保證巷道安全高效的掘進(jìn)。
　　1 工作面概況
　　某礦二采區(qū)南部變電所位于二采區(qū)南部，開口于東輔東膠4#聯(lián)絡(luò)巷，北端至東部回風(fēng)巷設(shè)計(jì)位置，南鄰東部輔運(yùn)巷，距13下05采空區(qū)265m。巷道位于礦井-518水平，井下標(biāo)高-427.1～418.3m。掘進(jìn)范圍內(nèi)煤巖層總體趨勢(shì)為東南高、西北低的單斜構(gòu)造。煤層傾角1～5°，平均2°。巷道掘進(jìn)過程中將揭露KF255正斷層，落差為2.5m。
　　根據(jù)附近巖石巷道施工期間礦壓觀測(cè)資料，預(yù)計(jì)本巷道掘進(jìn)期間動(dòng)壓影響區(qū)距迎頭50m以內(nèi)，距迎頭50m以外為基本穩(wěn)定區(qū)，不受掘進(jìn)動(dòng)壓影響。部分地質(zhì)構(gòu)造帶和斷層破碎帶等應(yīng)力集中區(qū)附近頂板下沉量較大，掘進(jìn)后需要加強(qiáng)支護(hù)，提高巷道頂板穩(wěn)定性。
　　2 巷道掘進(jìn)施工工藝
　　二采區(qū)南部變電所采用光面爆破掘進(jìn)，自東輔東膠4#聯(lián)絡(luò)巷東幫開門，先按90°方位角施工61.3m，迎頭過抹角位置約5m后施工抹角，然后拐彎按0°方位角施工69.337m至東部回風(fēng)巷設(shè)計(jì)北幫位置后停掘。
　　2.1 掏槽設(shè)計(jì)
　　二采區(qū)南部變電所巖層主要由砂巖構(gòu)成，巖層強(qiáng)度大，因此，采用雙楔形掏槽。根據(jù)巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格以及炸藥等參數(shù)確定掏槽眼的參數(shù)如表1所示。
　　在起爆順序上，一階掏槽眼為第一段，二階掏槽眼為第二段，依次起爆。
　　2.2 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)
　　2.2.1 炮眼數(shù)目
　　二采區(qū)南部變電所爆破掘進(jìn)前需要布置一階掏槽眼、二階掏槽眼、輔助眼、周邊眼、底眼，根據(jù)工作面地質(zhì)條件，爆破所需的炮眼數(shù)量N為：
　　式中：f-煤層普氏堅(jiān)固性系數(shù)，取10.3;S-巷道掘進(jìn)的斷面面積，取17.9m2。
　　根據(jù)計(jì)算可知，每茬炮所需的炮眼49個(gè)，依據(jù)二采區(qū)南部變電所巖層強(qiáng)度大，且光面爆破需要增加周邊眼數(shù)目，則共需要炮眼數(shù)目為76個(gè)。其中布置一階掏槽眼4個(gè)、二階掏槽眼6個(gè)、輔助眼32個(gè)、周邊眼23個(gè)、底眼11個(gè)。
　　2.2.2 炸藥參數(shù)
　　爆破依次所需要的炸藥量Q為：
　　式中：q-單位體積炸藥消耗量，2.25kg/m3;V-沒循環(huán)爆落的煤實(shí)體，17.9×1.5=26.85m3。
　　根據(jù)計(jì)算可知，爆破依次所需要的炸藥量為60.6kg。采用裝藥藥卷為φ35mm乳環(huán)炸藥，聚能裝置內(nèi)外徑分別為38mm和40mm。
　　2.2.3 爆破參數(shù)
　　通過對(duì)爆破掏槽眼參數(shù)、炮眼數(shù)目、炸藥量合理優(yōu)化后，得到巷道爆破掘進(jìn)參數(shù)如表2所示。
　　3 巷道頂板支護(hù)
　　3.1 永久支護(hù)
　　3.1.1 錨桿參數(shù)
　　根據(jù)計(jì)算，頂板錨桿長(zhǎng)度為：
　　L=KH+L1+L2=2×0.7+0.5+0.1=2m
　　H=B/2f=5.5/（2×4）≈0.7m
　　式中：L-頂板錨桿長(zhǎng)度，m;K-安全系數(shù)，取值2;L1-錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度，取值0.5m;L2-錨桿在巷道中的外露長(zhǎng)度，取值0.1m。B-巷道掘進(jìn)寬度，取最大值5.5m;F-頂板圍巖普氏硬度系數(shù)，取值4。
　　頂板錨桿間排距為：
　　式中：S-錨桿間排距，m;Q-錨桿設(shè)計(jì)錨固力，取值150kN;r-被懸吊巖石的重力密度，取值25kN/m3。
　　頂板錨桿直徑為：
　　式中：σmg-螺紋錨桿抗斷強(qiáng)度，取值345MPa。
　　根據(jù)計(jì)算可知，二采區(qū)南部變電所掘進(jìn)后選用φ22×2000mm規(guī)格的左螺旋錨桿支護(hù)。
　　3.1.2 錨索參數(shù)
　　根據(jù)計(jì)算，頂板錨索長(zhǎng)度為：
　　L=La+Lb+Lc=2.05+3.3+0.33=5.68m
　　式中：L-頂板錨索長(zhǎng)度，m;La-錨索深入穩(wěn)定層錨固長(zhǎng)度，取值2.05m;Lb- 巷道最大冒落高度，取值3.3m;Lc- 錨索外露長(zhǎng)度取值0.33m。
　　頂板錨索密度為：
　　式中：N-錨索數(shù)目，根/m;W-每米巷道靜壓力，kN;P-錨索最低破斷了，取值280kN;-懸吊巖層高度，m;-懸吊巖層容重，取值25kN/m3。
　　根據(jù)計(jì)算可知，二采區(qū)南部變電所掘進(jìn)后選用φ22×6000mm規(guī)格鋼絞線支護(hù)，錨索采用2-1-2交錯(cuò)布置，適當(dāng)加大排距，每隔一排增加一根錨索。
　　3.2 特殊支護(hù)
　　巷道掘進(jìn)后由于地質(zhì)條件的影響，當(dāng)遇到圍巖裂隙發(fā)育、頂板破碎區(qū)域時(shí)或巷道過斷層時(shí)，巷道穩(wěn)定性差，應(yīng)當(dāng)對(duì)巷道進(jìn)行特殊加強(qiáng)支護(hù)，提高巷道穩(wěn)定性。
　?、俣蓞^(qū)南部變電所與東輔東膠4#聯(lián)絡(luò)巷交岔口5m范圍內(nèi)錨索加強(qiáng)支護(hù)：二采區(qū)南部變電所施工三列Φ22×6000mm錨索加強(qiáng)支護(hù)，錨索間排距1500×1600mm;東輔東膠4#聯(lián)絡(luò)巷施工兩列Φ22×6000mm錨索加強(qiáng)支護(hù)，錨索間排距1500×1600mm;②二采區(qū)南部變電所拐彎5m范圍內(nèi)錨索加強(qiáng)支護(hù)：二采區(qū)南部變電所90°方位角施工段施工三列Φ22×6000mm錨索加強(qiáng)支護(hù)，錨索間排距1500×1600mm;二采區(qū)南部變電所0°方位角施工段施工兩列Φ22×6000mm錨索加強(qiáng)支護(hù)，錨索間排距1500×1600mm。
　　結(jié)論
　?、倌车V二采區(qū)南部變電所采用光面爆破掘進(jìn)，分析了雙楔形掏槽水平孔距、垂直孔距、炮眼深度和角度，并通過計(jì)算得出了爆破共需要炮眼數(shù)目以及炸藥量，推出了巷道爆破掘進(jìn)參數(shù);
　?、谟捎谙锏谰蜻M(jìn)后頂幫受動(dòng)壓影響，在距迎頭50m范圍內(nèi)頂板下沉量大，需要對(duì)巷道頂板采用錨網(wǎng)索支護(hù)形式進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，計(jì)算得到了巷道支護(hù)錨桿長(zhǎng)度、間排距、直徑，錨索長(zhǎng)度和密度，推出了巷道頂板支護(hù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)巷道頂板圍巖的有效控制。