蘇張鋒
(晉城宏圣建筑工程有限公司,山西 晉城 048000)
沁城煤礦2201巷位于井田二盤區西翼,巷道設計長度為1970m,巷道斷面規格為寬×高=5.0×3.5m,施工巷道從盤區輔運巷開口沿2#煤層底板平行掘進,煤層平均厚度為3.5m,采用綜合機械化掘進工藝,截至目前巷道已與8201切巷貫通。
為了便于巷道后期物料運輸,需施工一條2201運料繞道,繞道設計長度為90m,斷面規格為寬×高=4.0×3.5m,設計2201運料繞道由綜掘隊在距2201巷口45m處開口施工,并與輔運巷呈60°夾角,運料繞道施工到位后與2201巷貫通,貫通口位置位于2201巷開口往里78m處,如圖1所示。
由于2#煤層屬石炭系煤層,煤層巖石普氏系數f<2.0,煤體單軸抗壓強度不足10MPa,若2201運料繞道采用掘進機掘進直接與2201巷貫通時,兩巷交叉點處巷幫難以預留,巷幫垮落長度達5.0m,從而造成巷道貫通交叉點頂板空頂暴露面積達9.2m2,甚至會發生大面積冒頂事故。
圖1 沁城煤礦二盤區2201運料繞道平面布置圖
為了防止巷道在兩巷交叉處貫通時出現頂板垮落事故,決定采用松動爆破導硐反掘法進行掘進施工。
(1)首先2201運料繞道從輔運巷開口施工,采用綜合機械化掘進施工工藝,當巷道掘進至85m處巷道停止施工。
(2)在2201巷穩裝一部SSJ-800型膠帶輸送機,輸送機機頭與盤區帶式輸送機搭接,機尾安裝在巷道貫通點位置,并在機尾處安裝一部P-60B型耙巖機。
(3)設備安裝后,從2201巷設計貫通點位置以30°夾角開口施工,為了控制巷道掘進進度,確保頂板支護及時,決定采用松動爆破導硐法進行巷道掘進。
(4)導硐設計斷面規格為寬×高=2.5×3.5m,預留交叉巷幫寬度為1.5m,導硐斷面共布置三排松動爆破眼(共計12個),炮眼深度為1.0m,炮孔間距為0.6m,排距為1.0m,第一排炮眼距頂板間距為0.5m。
(5)炮孔施工完后,每個炮孔內填裝一支爆破藥卷,長度為300mm,質量為300g,以及一支礦用毫秒延期電雷管,每次爆破炮眼數量不得超過4個,由下往上依次爆破。
(6)導硐松動爆破時,每茬控制進度不得大于1.0m,爆破后及時對頂板空頂處安裝絲杠式超前支護,然后人工采用洋鎬及風鎬進行擴幫,擴幫寬度為1.5m,擴幫后保證巷道斷面規格符合設計要求并及時對頂板施工永久支護,依次類推直至巷道貫通。如圖2所示。
圖2 2201運料繞道松動爆破導硐施工斷面示意圖
為了提高巷道交叉點處頂板穩定性,防止頂板壓力集中導致頂板破碎、冒頂事故發生,決定采用施工縱向邁步式錨索吊棚及架設工字鋼棚進行聯合維護。
3.1.1 縱向錨索吊棚施工
(1)錨索吊棚主要由一根11#工字鋼梁,兩根錨索組成,工字鋼梁長度為2.5m,鋼梁上焊制兩個孔徑為25mm圓孔,孔間距為1.5m;錨索采用長度為5.0m,直徑為21.6mm預應力鋼絞線。
(2)在設計頂板位置施工兩個支護鉆孔,鉆孔深度為4.8m,鉆孔施工完后依次填裝兩支錨固劑及錨索,并采用錨索機進行攪拌錨固,錨固后錨索抗拉拔力不得低于170kN。
(3)兩根起吊錨索施工完后將11#工字鋼梁吊掛在錨索上,用預應力張拉千斤頂進行預緊,預緊打壓值不得低于26.1MPa。
(4)頂板錨索吊棚縱向布置(與2201運料繞道平行),每排布置4根錨索吊棚,間距為1.0m,第一排錨索吊棚施工在距交叉口1.0m的2201巷頂板上;第二排與第一排邁步式布置,依次類推,從交叉點至工作面迎頭共施工四排錨索吊棚。
3.1.2 架設密集工字鋼棚
(1)2201運料繞道架設工字鋼棚主要由頂梁、棚腿、卡纜、底座、連接桿等部分組成,頂梁寬度為4.0m,棚腿高度為3.5m,底座規格為長×寬=0.3×0.3m。
(2)將鋼棚底座固定在巷道堅硬底板上,用地錨將其固定,底座安裝后將棚腿與底座對接固定,并在巷幫施工一組固定錨桿將棚腿固定;棚腿與頂梁采用卡纜進行固定并進行預緊,預緊力不得低于200N·m。
(3)第一架鋼棚架設在兩巷交叉口處,鋼棚巷道布置,鋼棚架設間距為0.5m,巷道共架設10架工字鋼棚,所有鋼棚架設完后在相鄰兩架鋼棚之間采用三組連接桿進行固定。
為了避免因交叉巷道三角煤柱垮落造成頂板空頂面積大,決定采用柔模技術進行人工施工三角煤柱。
(1)首先在三角煤柱垮落處支設三排長度為3.0m,直徑為30mm木柱,第一排木柱共計四根,第二排三根,第一排兩根,木柱間距為1.0m,排距為1.5m,木柱支設后呈三角形,如圖3所示。
(2)為了保證人工三角煤柱與巷道煤柱能夠形成整體,在第一排木柱與實體煤柱之間施工三排錨桿,每排三根,錨桿間距為1.5m,排距為1.0m。
(3)所有木柱支設完后,采用規格為長×寬=4.5×0.3m的木板進行人工支盒,當盒板支設高度達1.0m時及時采用注漿泵向盒內注射配比為水泥∶砂子∶石子=1:2:2的混凝土,并采用振動泵進行震動,直至支盒澆筑到位。
圖3 2201運料繞道交叉口人工施工三角煤柱平面示意圖
2201運料繞道施工期間,采用松動爆破導硐反掘法進行貫通施工,與傳統交叉巷道直接貫通方法相比,有效克服了交叉點貫通施工時頂板壓力集中帶來的問題;采用柔模技術進行人工施工三角煤柱,進一步加強了交叉點處頂板支護,解決了交叉點三角煤柱難以預留問題,保證了交叉巷道貫通施工安全,取得了較好效果,為類似條件下交叉巷道貫通施工提供了實踐依據。