复杂地质条件下沿顶掘巷实践

刘燕伟

(平顶山天安煤业股份有限公司 十矿机掘队，河南 平顶山 467000)

某煤矿项目于上世纪90年代初期建设投产，整个项目设计生产能力为60万t/a单位，设计有效使用年限为70年，截止目前，该煤矿项目已生产20年。受到多重历史因素的影响，煤矿矿井中所蕴含的浅部资源已被前期开采不规范的小型煤矿项目所破坏，由此导致浅部底层可被开采的资源已越来越少。针对这一实际情况，为了能够更好的实现对这部分资源的合理回收，同时达到提高此区域内煤炭开采率的重要目的，要求煤矿企业自身在做好正规性开采的基础之上，做好对边角资源的回收工作，确保复杂地质条件下的可采储量能够得到有效增加。

一 基本工程概况分析

受周边断层结构影响，该工作面煤矿巷道掘进范围之内的煤层资源赋存存在极为不稳定的变动趋势，且底板起伏大。测定结果显示:该区域内原煤厚度最低为7.0m，最高为10.0m，平均煤层厚度为8.0m。同时，该区域内煤层倾斜角角度最小为6°，最大为20°，平均煤层倾斜角角度为13°。从煤质结构上来看，以粉粒状为主，坚固系数为0.12，直接顶基本构成要素为砂纸泥岩(岩体结构厚度为11.25mm)，向上覆盖部分泥岩(岩体结构为1.35m)。与此同时，直接底区域绝大部分岩体结构为泥岩—砂质泥岩(岩体结构厚度为8.17m)，同时中间伴随存在厚度为0.35m单位的灰岩(灰岩中含部分植物化石碎片，稳定性差)。

二 沿顶掘巷工作参数的设计分析

(一)支架结构初始断面参数设计。结合本文所研究复杂地质条件作用之下，沿顶掘巷巷道的实际用途，同时，在充分考量掘进巷道运输需求、通风需求、以及管道敷设需求等因素对于巷道设计参数的特殊要求，最终需要将沿顶掘巷过程中，巷道内部支架结构中的初始断面尺寸控制为(3200×4400) mm单位。

(二)搭接长度参数设计。在沿顶掘巷作业过程中，针对搭接长度进行设计的最主要目的在于:确保巷道掘进过程中，U型钢架能够发挥稳定且有效的支护性能。而在有关搭接长度的设计过程当中，有关支架跨度指标以及构件长度指标则是决定搭接有效性以及稳定性的最关键指标。结合实践经验来看，建议以搭接支架跨度指标为基础，来确定合理的搭接长度。在搭接支架跨度指标取值＜3.0m的情况下，搭接长度应取值为370mm;在搭接支架跨度指标取值3.0m～3.9m的情况下，搭接长度应取值为400mm;在搭接支架跨度指标取值4.0m～5.0m的情况下，搭接长度应取值为450mm;在搭接支架跨度指标取值＞5.0m的情况下，搭接长度应取值为500mm。

(三)拱顶圆心角参数设计。拱顶圆心角参数设计的合理性是确保沿顶掘巷过程当中，支架结构承载能力有效性以及支架结构可缩性的最关键参数之一。一般情况下，需要结合对沿顶掘巷巷道围岩特性的判定，来获取有关拱顶圆心角参数的取值情况。实践操作中，可借助于对普氏地压学说的合理应用，估算并比较巷道顶板压力指标与侧帮压力指标的大小。若两者差值较大，则应当在拱顶圆形角合理取值范围中选取较大的数值，而若两者差异较小，则应当在拱顶圆心角合理取值范围中选取较小数值。

三 沿顶掘巷工作方案的开展分析

(一)对断层走向的控制。实践过程中需要采取传统地质方法，结合研究区域内的基本地质构造资料以及地质素描数据信息，针对复杂地质条件下的断层走向加以处于研究与分析。与此同时，对于重点怀疑地段而言，需要采取超前地质钻孔技术方式，实现对沿顶掘巷过程中各种可能出现安全问题的合理控制。在此基础之上，在煤巷巷道掘进作业的过程当中，需要按照间隔5m～10m单位进行顶底煤的探测作业，结合对顶板以及底板位置煤层厚度的合理监测，达到预测沿顶掘进巷道前方位置地质构造变化情况的合理评估与判定。按照此种方式，还能够实现对掘进巷道方向以及坡度的动态性调整，以此种方式确保沿煤掘巷巷道能够准确贯通。

(二)沿顶掘巷操作流程。在沿顶掘巷作业过程当中，需要采爆破落煤，即炮掘作业方式。在此基础之上，采取人工性的接煤作业，配合对刮板输送机设备或者是胶带输送机设备的合理应用，达到向外运煤的目的。在整个沿顶掘巷的处理过程当中，还需要做好对待挖掘煤巷巷道的通风处理，保障临时支护结构有效的基础之上，进行掘进煤巷的出煤作业，出煤作业完成之后，针对整个沿顶掘巷巷道进行永久性支护处理。

(三)专用工字钢加固处理。在针对复杂地质条件下沿顶掘巷施工处理的过程当中，对于因断层作用而引发的掘进巷道煤层松软问题，以及无法站牢的支架结构而言，需要应用专用工字钢对这部分区域进行合理的加固处理。具体的操作方式为:使用专用工字钢装置，分别于掘进巷道的两侧位置对其进行联锁加固处理。通过此种方式，可实现对巷道支架结构整体稳定性性能的合理提升，以此来保障巷道支护的有效性。

(四)松帮卸压处理。在沿顶掘巷作业的实施过程当中，完成U型钢拱形棚装置的架设作业之后，可能会存在一定的憋帮或者是煤兜问题。针对这一问题，需要现场施工作人员及时对其进行卸压处理。通过卸压作业的方式，可最大限度的减缓因围岩结构作用力对支架部件所产生的不利影响。不但如此，对于沿顶掘巷过程中出现围岩结构干燥松软的问题而言，需要现场施工作业人员及时对其进行注水处理，防止施工过程中出现空顶或者是空帮等问题。在此基础之上，为最大限度的防止围岩结构应力改变而造成沿顶掘巷过程中出现新的应力，应当针对这部分区域，应用硬性材料对其进行背实处理，重新打好网及竹笆，防止出现漏煤漏矸等问题。

四 结束语

本文详细分析了在复杂地质条件下，沿顶掘巷作业的开展情况。证实了:在复杂地质作用之下，沿顶掘巷作业的突出优势，通过对支架结构初始断面参数、搭接长度参数以及拱顶圆心角参数的合理确定，充分把握施工重点，能够最大限度的实现松帮让压以及卸压等关键技术的充分融合。按照此种方式，能够最大限度的消除复杂地质条件对巷道掘进以及回采作业的不良影响，希望引起重视。