大倾角、大断面开切眼安全、高效、快速施工方法探析

【摘 要】以枣泉煤矿12210工作面大倾角、大断面切眼为例，介绍了大倾角、大断面安全、高效、快速施工方法，通过设置安全设施保证了施工安全，通过改进支护方式较好地控制了顶板，避免了二次维护，为工作面回采创造了良好条件。

【关键词】大倾角；大断面；安全；快速

前言

近年来，枣泉煤矿随着开采深度的加大，矿山压力不断增大， 加之开采区域地质条件复杂，煤层赋存倾角增大，给采、掘工作带来了很多困难。枣泉煤矿已回采的12107工作面、12108工作面及12208工作面为大倾角工作面，在这三个大倾角切眼的掘进过程中，切眼倾角大的特殊条件给安全生产工作带来了极大压力，同时巷道压力大造成施工过程中后巷顶板下沉，需要进行二次维护，加大了工程量及施工难度，安全也更难得以保证。枣泉煤矿的地质条件决定了在今后的生产中还将开采大倾角工作面，因此探讨、分析大倾角工作面开切眼安全、高效、快速施工方法具有重要意义及现实作用。本文对枣泉煤矿综掘二队施工的12210大倾角切眼施工方法进行分析、探究，总结成功经验供今后工作学习，并找出不足以便改进。

针对大倾角巷道施工，国内已有多人从影响快速掘进因素、改进支护方式、加强顶板管理与矿压观测、施工工序组织、锚杆安装等方面进行了研究，本文也将对这些方面因素进行讨论。

1 地质条件

12210综放工作面开切眼位于二煤中，二煤厚度7.8～8.8m，煤层倾角：29°-41°。二煤伪顶为炭质泥岩，厚度为3.2m；直接顶为细粒砂岩，厚度为13.1m；老顶为粗粒砂岩，厚度为72.3m。伪底为泥岩，厚度为0.9m，底板为细砂岩，厚度为5.8m。

2 巷道断面及支护设计

开切眼长度为187.6m，布置在2#煤中，沿煤层倾向布置，巷道坡度29°-14°。根据设备配套安装尺寸要求， 设计开切眼断面为矩形， 掘进宽度为8600mm，掘进高度3250mm，掘进断面积为27.92m2；导硐设计掘进宽度4050mm，掘进高度3250mm，掘进断面积13.1625 m2；扩帮设计掘进宽度4550mm，掘进高度3250mm，掘进断面积14.7875m2。

我矿已施工完毕的12107工作面、12108工作面及12208工作面大倾角切眼设计断面均为7600×3250mm（宽×高），断面均小于12210工作面切眼，巷道顶部使用规格为Ф22×2500mm的螺纹钢锚杆及Ф21.98×8300mm锚索支护，但在切眼扩帮的同时，巷道顶板矿压显现明显，需要在后巷架设排距为1000mm的“一梁二柱”钢棚，π梁长度5200mm，棚腿为DW45-250/110（G）悬浮型单体液压支柱，局部顶部掉包处采用打木垛的方式加强支护。大倾角条件下，人工架棚、打木垛大大增加工作量和延长了施工时间，同时给安全生产带来巨大压力，12210工作面切眼较以前大倾角切眼断面及倾角都更大，顶、帮管理难度更大，实现巷道一次成型、避免二次维护，将显著提高大倾角切眼施工的效率和安全性。

3 施工工序与工艺

炮掘施工工序为：交接班及安检准备工作 延中线划定眼位 打眼 检查瓦斯浓度 装药 检查瓦斯浓度 爆破 检查瓦斯浓度及爆破情况 敲帮问顶 临时支护铺网 出渣 锚网索支护 清理浮渣 文明生产。

爆破工艺：切眼导硐采用光面爆破法施工，使用煤电钻打眼，水平楔形掏槽，掏槽眼眼口距离为1.2m，眼底距为0.2m，眼深1.2m，装3节药；辅助眼间距为0.6m，眼深1.0m，每眼装1节药；周边眼间距为0.3m，隔眼装药，装1节药；底眼眼距为0.6m，眼深1.0m，装2节药；扩帮采用普通爆破法施工，炮眼间距550mm，每眼装3节药，封泥长度均不小于0.5m，采用正向装药、串联联线、全断面一次爆破成型。

大断面切眼采用先由下向上（机巷开口）施工导硐，导硐贯通后，再由上自下进行扩帮施工。采用这样的施工方式，将大断面切眼分两次施工，使掘进断面缩小，巷道成型及稳定性更好控制，巷道支护也容易，安全系数高。如果采用大断面一次成型，巷道爆破难度大，掘进完后，支护面积大，顶、帮不能及时支护，漏顶、片帮几率加大，不利于安全生产，且巷道出渣困难。

工序组织是影响掘进速度的一个关键因素，科学合理的组织工序，可以提高掘进速度。正常掘进一个循环包括以下几个环节：打眼、装药、爆破、人工运料至迎头、永久支护。通过缩短单个工序用时或实现交叉、平行作业，可以提高掘进施工速度。

（1）迎头坡度大，人员打炮眼及永久支护时站立困难，影响作业效率，搭建临时作业平台，改善迎头作业环境，扭转了人员站立困难的不利局面，有效提高了施工效率和安全性。

（2）爆破材料需要人工背运，通常在第一片网炮眼打好时才能运至迎头，制作药卷与填充炮眼同时进行，放炮员忙乱，效率低。第二片网装药时，如果放炮员没有提前装配好起爆药卷，也会影响装药速度。对班组长进行专门爆破方面的培训，由班组长协助放炮员进行装药工作，且放炮员尽量在打眼结束前将起爆药卷装配好。

（3）大倾角切眼迎头坡度大，不具备码放支护材料的条件，需要每掘进一片网后运送支护材料至迎头，然后进行永久支护作业。12210工作面切眼施工初期，采用人工运料至迎头，人工运料投入人力大，需要班组人员集体上下切眼运料，且人员扛运重物爬山，体力消耗严重，安全也得不到保障，最后结果表明耗时过长。此条件下正常掘进一个循环工序为：打眼装药爆破人工运料至迎头永久支护。切眼施工一定长度后，人工运料效率更低下，安全保障更低，因此选择人工运料已不具备实际意义。切眼施工出渣系统使用电耙子，电耙子上下切眼将煤渣耙至切眼下口，因此考虑将电耙子作为运输工具。经研究后，在电耙子上焊接铁环，用铁丝将材料捆绑牢固后铁丝穿过铁环，将材料固定在电耙子上，由电耙子将支护材料提升至迎头。人工运料时，人员都在运料，迎头作业停滞，待材料全部运至迎头后，才能开始支护作业；采用电耙子运料，只需2-3人在切眼下口捆绑材料，然后采用机械能将材料运至迎头，这项工序可在迎头打眼时进行，待爆破完毕后，迎头可以直接进行支护，大大缩短了单片网掘进时间，同时使工序组织更加灵活紧凑。此时正常掘进一个循环工序为：打眼装药爆破永久支护。实现了平行作业，缩短了单个掘进循环用时，提高了掘进速度。

4 施工技术特点

（1）巷道倾角大，人员及物料的防滑防坠落是安全工作的重点。针对坡度大，人员行走困难的情况，在老塘侧设置安全人行通道，人行通道宽1.0m，底部铺设绳梯，老塘侧帮部挂距底板1.2m挂设手扶棕绳，另一侧用钢筋网安装安全护网，防止人员上下行走时滑倒受伤；为防止坠落伤人，在切眼下口设置一道柔性防护网，出渣期间开启，其他时间均放下，在切眼内距迎头5m处设置一道柔性防护网，防止人员坠落或物料坠落伤人。切眼内物料、工器具一律捆绑在帮网上，或放在躲避硐室内，防止滑下。

（2）迎头坡度大，人员站立困难，给施工造成很大难度，设计搭建临时作业平台，改善了作业环境，有效提高了作业效率。

（3）切眼导硐掘进过程中，迎头煤壁及顶板较为破碎，为了确保施工过程中作业安全及巷道成型，采用加强支护方案，将顶部2.5m锚杆部分或全部替换为Ф21.98×4000 mm锚索。此措施加强了对顶板的管理，切眼扩帮过程中及成型后巷道顶板稳定，无下沉现象，大倾角、大断面切眼一次成型，避免了二次维护。

5 结论

12210工作面切眼施工过程中杜绝了轻伤及以上安全事故，实现了安全生产。设置安全绳梯及迎头搭建临时作业平台，改善了倾角大的先天不利条件，设置安全护网，防止人员物料坠落或大块煤滚落伤人，人员安全得到了保障。

参考文献：

[1]刘福龙，谭宝.决定巷道掘进速度的因素.中国高新技术企业，2010（9）：182-183.

[2]李爱军.大倾角上山巷道掘进支护技术.中州煤炭，2007（1）：14-15

[3]赵军，司广宏.大倾角回采巷道快速掘进.2012.3：46-47.

作者简介：

雍兴成，男，汉族，1969.4出生，大学本科学历，工作单位：神华宁夏煤业集团枣泉煤矿副总工程师，矿建工程师。