虎龙沟煤业巷道快速掘进工艺与支护技术实践

陈 晨

（晋能控股煤业集团挖金湾虎龙沟煤业有限公司，山西 朔州 038300）

巷道快速掘进和稳定控制是保证煤矿安全生产和采掘有序接续的关键，为此国内外专家对地下巷道掘进与支护进行了大量研究。针对煤层巷道掘进，目前普遍采用综掘技术，掘进速度快，配套综掘技术的支护手段往往是锚杆索支护，锚杆索支护具有支护效果好、成本低的优点[1-6]。本文以虎龙沟煤业51505 巷为工程背景，提出试验巷道快速掘进工艺和支护技术，从而实现试验巷道的快速掘进和稳定控制。

1 工程概况

虎龙沟煤业51505 巷服务于81505 工作面，位于东盘区。81505 工作面开采3-5#煤层，地面标高+1 491～+1 583 m，工作面标高+1 070～+1 080 m。51505 巷西部与81503 工作面相邻，南部与盘区巷相接，北部邻近塔山煤矿矿界，东部邻近小窑采空区，51505 巷布置如图1所示。3-5#煤层厚度9.51～21.48 m，平均14.51 m，煤层倾角2°～7°，平均4.5°。煤层硬度系数f=4.5，煤层层理、节理发育中等，煤层直接顶为炭质泥岩、瑝斑岩，厚度1.50～2.27 m，黑灰色，局部受火成岩侵蚀变为瑝斑岩；基本顶为粗砂岩，厚度13.15～13.86 m，灰白色，局部有火成岩欺入，岩性为灰绿色；直接底为高岭质泥岩，厚度1.30～2.0 m，深灰色，含炭质。51505 巷设计沿5#煤层底板掘进，矩形断面，断面尺寸为4.5 m（宽）×3.5 m（高）。

图1 51505 巷布置

2 51505 巷快速掘进工艺

虎龙沟煤业51505 巷设计沿3-5#煤层底板掘进，属于煤层巷道，掘进断面为矩形断面，尺寸为4.5 m×3.5 m，3-5#煤层硬度系数4.5，煤层层理、节理发育中等。设计采用EBZ-220 型综掘机破煤，采用综掘机截割时，严格控制截割高度和宽度，并由下而上的顺序截割成所需要的断面，综掘机截割顺序如图2所示。

图2 综掘机截割

虎龙沟煤业51505 巷沿中线掘进，其快速掘进工艺主要包括标定中线掘进、 临时支护和永久支护，具体流程如图3所示。

图3 快速掘进工艺流程

1）标定中线掘进，采用EBZ-220 型综掘机掘进，每沿中线掘进1.0 m 后，退出掘进机，修整巷道规格及尺寸，使巷道断面形状及规格达到设计要求。

2）临时支护，把W 型钢带、金属网铺在机载临时支架上，将机载临时支架升起，进行临时支护。

3）永久支护，施工顶锚杆、锚索、帮锚杆及帮网，进行永久支护。

4）进入下一循环。

3 51505 巷支护技术

根据试验工作面生产地质条件，确定巷道采用锚杆、锚索、W 型钢带、金属网联合支护，如图4所示。

图4 51505 巷临时支护

3.1 临时支护

（1）51505 巷掘进期间采用EBZ220 掘进机机载临时支架作为临时支护。

（2）巷道在掘进期间工作面最大空顶距为1 500 mm，最小空顶距为500 mm。

（3）工作面在最大空顶距（1 500 mm）时必须使用机载前探梁临时支护。

（4）锚杆紧跟掘进头进行支护，前排锚杆距迎头达到相应一排锚杆距离时，及时打装锚杆，巷道全断面挂网，网至少挂到距底板不大于1.0 m 处。

3.2 永久支护

巷道永久支护均采用锚杆、 锚索、W 型钢带、金属网联合支护，如图5所示。

图5 51505 巷永久支护断面

（1）锚杆与锚索

①顶锚杆采用直径Φ18 mm、长度L=2 200 mm（孔深2 100 mm）的左旋高强螺纹钢锚杆。

②帮锚杆采用直径Φ18 mm、长度L=1 700 mm（孔深1 600 mm）的左旋高强螺纹钢锚杆。

③锚索采用直径Φ17.8 mm、长度L=8 000 mm。

④角锚索采用直径Φ17.8 mm、长度L=3 000 mm。

（2）锚固剂

采用（2350、2360）两种型号树脂锚固剂。

（3）W 钢带采用规格4 200 mm×300 mm×3 mm。

（4）托盘采用规格250 mm×250 mm×8 mm的铁托盘。

（5）锚杆排间距

①顶部锚杆排距为1 000 mm，间距为1 000 mm。

②帮部锚杆间距从顶板往下依次为300 mm、1 200 mm、1 200 mm、800 mm，排距为1 000 mm。

③锚索间距为1 000 mm。

④角锚索左帮间距为3 000 mm、右帮间距为5 000 mm，角度为65°～75°。

（6）顶锚杆托盘必须紧贴W 型钢带、帮锚杆托盘必须紧贴煤壁，螺母要拧紧，锚杆外露长度为10～30 mm。顶锚杆预紧扭矩不小于200 N·m，帮锚杆预紧扭矩不小于150 N·m。锚索外露长度不大于150～250 mm。

（7）角锚索布置在巷道两肩角部位，距离巷道顶板100 mm 处。

（8）巷道顶、帮均铺设金属网，金属网采用规格为3 700 mm×2 000 mm 的菱形金属网。

4 巷道掘进与支护效果分析

51505 巷快速掘进工艺和支护技术应用于试验巷道后，有效提高了工作面掘进效率，原技术施工月进尺200 m，快速掘进新技术应用后，月进尺达300 m，进度提高了50%，且实现了及时主动支护，巷道围岩控制效果明显改善。图6给出了巷道掘进150 d 的围岩变形曲线。如图6所示巷道围岩呈现分阶段变形，掘进初期，巷道开挖围岩应力由三向约束转变为二向约束，巷道支护后，提供支护反力又由二向约束转变为三向约束，转变初期巷道变形速度较快，时间大概持续45 d，该阶段内，顶底板变形速度在2～2.5 mm/d 范围，两帮变形速度在1.5～2.0 mm/d 范围； 转变中期，受支护结构、围岩承载的影响，巷道围岩新型速度明显减缓，时间大概持续45 d，该阶段内，顶底板变形速度在1～1.5 mm/d 范围，两帮变形速度在0.5～1.5 mm/d 范围，变形速度降低了50%左右；转变后期，受支护结构和围岩自身承载逐渐实现了巷道的稳定控制，巷道顶底板最大变形量约155 mm，两帮最大变形量约110 mm。

图6 围岩变形曲线

5 结论

以虎龙沟煤业51505 巷为工程背景，提出试验巷道快速掘进工艺和支护技术，巷道采用EBZ-220 型综掘机破岩，采用机载临时支架实现临时支护，采用锚杆、锚索、W 型钢带、金属网实现永久支护，掘进工艺与支护技术应用后，有效提高了工作面掘进效率，原技术施工月进尺200 m，快速掘进新技术应用后，月进尺达300 m，进度提高了50%，改善了巷道围岩控制效果，巷道稳定后，顶底板最大变形量约155 mm，两帮最大变形量约110 mm，实现了51505 巷的快速掘进和稳定控制。