复杂条件下掘进巷道施工工艺优化

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复杂条件下掘进巷道施工工艺优化

赵江波

（晋煤集团寺河煤矿二号井，山西 晋城 048019）

摘 要

为了提高复杂条件下巷道掘进效率，减少设备安装数量，保证巷道施工安全，晋煤集团寺河煤矿二号井综掘二

队通过技术研究，对153304工作面回风绕道施工工艺进行优化，决定采用双向导硐开口掘进技术，通过实践应用，取得了显著成效。关键词

复杂 条件 掘进 技术

中图分类号 TD263.3 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2019.08.009

Optimization of Driving Tunnel Construction Technology under Complex Conditions

Zhao Jiang-bo

(No.2 Well of Sihe Coal Mine, Shanxi Jincheng Anthracite Coal Mining Group, Shanxi Jincheng 048019)

Abstract: In order to improve the efficiency of roadway excavation under complex conditions, reduce the number of equipment installation and ensure the safety of roadway construction, the second team of comprehensive excavation of No.2 Well in Sihe Coal Mine optimized the construction technology of return air bypass in the 153304 working face through technical research, and decided bidirectional opening pilot heading method. The practical application show that the results are remarkable.

Key words: complex condition excavation technology

1 概述

晋煤集团寺河煤矿二号井153304工作面回风绕道位于井田三盘区，施工巷道上部为该矿9煤七盘区采空区，东侧为153303综采工作面（已形成），西为实体煤，南为实体煤，北为盘区大巷。如图1所示。

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面规格为宽×高=4.0×3.0m。施工巷道沿15#煤层顶板平行掘进，巷道顶板主要采用锚杆、锚索、钢带联合支护。锚杆型号为MSGLW400/20×2000，每排布置5根，间距为0.9m；锚索型号为SKP15-1/1860，长度5300mm，直径15.24mm，每排布置2根，间距×排距为=2.0×3.0m；钢带长度为3.8m，宽度为0.15m，每根钢带配套5根锚杆。

施工巷道直接顶主要以泥岩为主，平均厚度为5.7m；基本顶主要以粉砂岩为主，平均厚度为8.9m。根据矿地测科提供资料显示，153304回风绕道在距153103巷5m处揭露一条逆断层，断层落差为1.3m，倾角为47°，受构造应力影响，回风绕道在过断层期间顶板易出现破碎现象。

2 153304回风绕道原施工工艺及问题分析

图1 153304工作面回风绕道平面布置示意图

153304回风绕道设计长度为80m，巷道设计断

2.1 原施工工艺

（1）153304回风绕道采用爆破施工工艺。巷道从回风联络巷开口施工，巷道掘进30m后与153103巷贯通，巷道贯通后从153103巷继续开口施工，巷道施工60m后与153102巷贯通。

（2）153304回风绕道与153102巷贯通前，

2018-12-31收稿日期

作者简介 赵江波（1982-），男，毕业于太原理工大学采矿工程专业，本科，助理工程师，现任晋城煤业集团寺河煤矿二号井综掘二队队长，从事煤矿掘进安全生产管理工作。

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在153103巷指定位置进行挑顶施工构筑1#风桥。1#风桥设计长度为21m，挑顶高度达3.0m。风桥共计三段，两段斜坡长度为7.0m，一段平巷长度为10m。风桥采用松动爆破施工工艺。

（3）风桥挑顶施工完成后，在153103巷两帮开口处分别构筑两道断面规格为长×宽×高=4.0×0.75×3.0m砖墙，在砖墙上方铺设长度为5.0m工字钢梁及水泥背板构筑1#风桥，待风桥构筑完成后再进行153304回风绕道与153102巷贯通施工。

2.2 问题分析

（1）巷道施工周期长。153304回风绕道在施工期间需进行两次贯通施工，挑顶施工一处，并人工构筑风桥一座，回风绕道施工完成后需用时52d，施工周期相对较长，巷道施工效率低。

（2）设备安装数量多。回风绕道与153103巷贯通施工前，需在巷道内共计安装两部SSJ-800型带式输送机及一部耙岩机进行联合出煤，并在153208巷内安装两台30kW局部通风机进行供风。当在掘进153103巷与153101巷之间巷道时，需将原巷道内一部SSJ-800型带式输送机、耙岩机搬家至施工巷道内，并将两台局部通风机搬迁并安装至153103上风侧。从而造成设备数量及安装次数多，加大了设备安装难度，延长了巷道掘进周期。

（3）对153103巷安全运输影响大。由于153103巷主要担负着盘区采掘工作面运输任务，在153103巷大断面挑顶施工、贯通、开口等爆破施工时，落下的煤矸石很容易压死或损坏输送机，影响整个盘区采掘面煤矸运输。

（4）断层带附近顶板支护效果差。由于施工巷道顶板主要以泥岩为主，岩石单轴抗压强度不足35MPa，且回风绕道掘进至153103巷附近时揭露一条F1逆断层，受施工巷道爆破震动、构造应力影响，巷道顶板出现破碎、冒落现象。原支护设计中采用传统锚杆支护效果差，不能保证巷道施工安全。

3 153304回风绕道施工工艺优化

3.1 双向导硐开口施工工艺

为了减少施工巷道掘进期间设备安装数量，提高巷道掘进效率，保证巷道施工安全，决定对153304回风绕道原施工工艺进行优化，采用双向导硐开口施工工艺。

（1）首先在153103巷道指定位置搭设工作盘，在工作盘上方预留规格为长×宽=0.5×0.5m漏煤

2019年第8期

孔。工作盘采用直径为300mm圆木搭设而成，工作盘距巷道输送机高度不得低于0.5m。

（2）在工作盘上方顶板进行挑顶施工，挑顶规格为长×宽×高=4.0×4.0×3.0m，挑顶后及时对挑顶处进行锚杆、锚索支护。

（3）在挑顶处两帮沿挑顶处顶板进行导硐施工，两帮导硐断面规格为宽×高×深=4.0×3.0×3.0m，导硐后在1#硐室内安装一部P-60B型耙岩机。耙岩机安装后对2#硐室继续导硐施工。

（4）2#导硐处顶底板以25°俯角下山掘进施工，当俯斜掘进7.0m且揭露15#煤层顶底板后，施工巷道平行掘进且掘进18m后与回风联络巷贯通。

（5）153103巷与回风联络巷之间巷道施工完后，将耙岩机安装在2#硐室口处，然后对1#硐室以25°俯角下山掘进，施工工艺与1#导硐下山掘进工艺相同。

（6）回风绕道施工完成后，在1#、2#硐室口之间平铺10根长度为5.0m工字钢梁，并采用地锚将钢梁两端与硐室底板进行固定。钢梁铺设完成后在其上方铺设水泥背板，如图2所示。

图2 153304回风绕道双向导硐开口施工剖面示意图

3.2 F1断层破碎带支护工艺优化

为了保证施工巷道过F1断层带期间顶板稳定性，决定对断层破碎带采取“注浆+JW锚索吊棚”进行加强支护。

（1）当153304回风绕道施工至F1断层破碎带附近，若顶板破碎严重，采用锚杆、锚索维护难度大时，可对顶板施工一排注浆斜孔。孔深为3.0m，钻孔与顶板呈30°夹角布置，每排布置三个注浆钻孔，间距×排距=1.5×3.0m。

（2）钻孔施工完后采用高压注浆泵依次向钻孔内注射聚氨酯粘合剂，注浆压力为1.2MPa，注浆后及时对注浆钻孔进行封孔处理。注浆3h后施工巷道继续掘进。

（3）为了防止破碎顶板出现下沉现象，在顶板锚杆、锚索施工完后，采用“JW”型锚索吊棚进行加强支护。锚索吊棚主要由一根长度为3.8m、宽度为0.35m的“JW”型钢梁及两根长度为7.0m、直径为21.6mm预应力锚索组成。

（4）“JW”型锚索吊棚垂直巷道布置，吊棚

（下转第27页）

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变形量控制具有明显效果。

整体系统。实质上，帮顶的稳定对于控制底臌具有重要作用，同样，底臌也会导致两帮移近及顶板下沉，彼此之间形成一种互相制约的关系。在采用中空注浆锚索后，对于围岩稳定性的控制也起到决定性作用，不仅对于围岩固结效果明显，而且扩大承载圈，改变底板受力状态，及时转移应力等都具有重要意义。

5 结 论

（1）大阳煤矿东翼运输巷道底臌主要原因在于：原支护方案对顶板及两帮进行一次支护的情况下，由于底板处于无支护状态，围岩应力的释放及变形就会集中于底板上，在高地应力作用下，软弱围岩被挤压，产生变形量，因此形成挤压流动型底臌。

（2）采用“反底拱混凝土回填+中空注浆锚索+拱形槽钢”的联合支护方式，能够有效抵抗围岩变形以及提高围岩整体强度，底板变形量相对于原支护方案平均下降了85%左右，效果显著。

【参考书目】

4 底板治理效果对比分析

对改进后的方案进行底板变形量观测并记录如图4所示。

［1］ 翟新献，秦龙头，陈成宇，等.深部机头硐室锚

注和底板卸压联合支护技术研究[J].地下空间与工程学报，2017，13（5）：1363-1372.

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巷道耦合支护效应研究及应用[J].岩土力学，

图4 新方案变形量与时间关系图

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果研究[J].中原工学院学报，2017，28（1）：60-64.

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底臌防控[J].煤炭学报，2016，41（7）：1624-1631.

观察图4可以发现，在采用新方案后测点1底臌变形量最大达到85mm，相对原支护方案减少了87%，另外两个测点也相对原支护方案分别下降了85%左右，说明新方案下的联合支护方法对于底板

（上接第24页）

排距为2.0m，吊棚施工在顶板相邻两根钢带之间。

输路线，提高了煤矸石运输效率，同时减少了工作面设备安装数量及搬家次数。

（4）提高断层带处顶板稳定性。对F1断层破碎带处采用“注浆+JW锚索吊棚”等联合加强支护措施，保证了巷道顶板稳定性，顶板未发生破碎、冒落现象，顶板最大下沉量控制在0.12m以下。

【参考书目】

4 结语

153304回风绕道施工采用双向导硐开口施工工艺，取得了显著成效：

（1）缩短了巷道施工周期。153304回风绕道采用双向导硐开口施工工艺，减少了巷道掘进工程量，避免了巷道成型后再次挑顶施工，使巷道掘进周期缩短至29d，大大提高了巷道掘进效率。

（2）降低了支护材料成本费用。优化后施工工艺可实现巷道一次成型，与原施工工艺相比，避免了挑顶施工后二次补打支护工艺，减少了挑顶处支护材料成本费用及劳动费用达16.5万元。

（3）提高了巷道运输效率。与原施工工艺相比，采用导硐开口施工工艺时巷道掘进期间，可直接将煤矸石下放到盘区带式输送机上，缩短了煤矸石运

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