特厚煤层井底水仓综掘掘进支护探析

2022-11-30

引言

在煤炭开采科学技术快速发展的条件下，煤矿机械化开采的优势越发明显，井底水仓排水系统为矿井命脉咽喉，水仓施工进度直接影响着建井或水平延深建设工期关键因素，河东煤田沙坪煤矿井田临近黄河，井田13#特厚煤层带压开采区域通过对原设计水仓布置方式和参数进行优化，验算采用永久砌碹支护优化为锚网喷永久支护，选择综掘机掘进提高掘进效率，优化炮掘工艺复杂安全压力大的环节，为水平延深工程提前形成排水供电系统提供保障。

1. 工程概况

沙坪煤矿井底水仓地面位于洗煤厂工业厂区，地表有一条乡村公路，多为沟壑、黄土峁梁地形，井底水仓为下水平永久排水系统。井底水仓巷道设计总工程量为348.81m，水仓有效容积3250m³，布置于13#煤层中，煤层平均厚度16.84m，属特厚煤层，与8#煤主运大巷下方立交。断面为拱形断面，井底主水仓42m-74.2m巷道坡度为-6°，77.3-78.5m巷道坡度为2‰，井底副水仓41.7-72.6m巷道坡度为-6°，72.6-124.7m巷道坡度为2‰，地面相对位置及临近盘区开采情况见表1。

2. 掘进方式及工艺

(1)掘进方式

井底水仓煤(岩)层走向310°，倾角为3°。根据辅运暗斜井和下水平延深辅运大巷工程实际揭露，本区域构造中等，局部裂隙发育，无大的褶皱及断裂，无陷落柱，井田内奥灰水位标高+843～+848m,该工作面设计标高+790m，突水系数最大0.038MPa/m，水仓布置于13#煤层中，工作面底板标高+790m，地面标高+924-+948m，双巷布置。根据地质资料，巷道布置是尽可能的避开地质破碎带及应力集中区布置。

由于井底水仓巷道位于特厚煤层中，故掘进方式采用EBZ-260H型悬臂式掘进机配套装载机、胶带输送机一次成巷。掘进机截割工艺为：掘进机水平进刀采用横向往复式截割，最后按激光和煤岩层层位刷出断面轮廓。先扫拱部轮廓，最后刷帮扫底成形。进刀深度每次以0.6m为宜，截割够一循环4.5m后及时进行顶板支护;支护完成后进行下一个循环，往复进行。如遇坚硬煤层或岩石，适当减少截割间距，减慢截割头运行速度。截割不动时需放炮松动，制定详细安全措施。掘进机断面截割轨迹图如图1所示。

掘进时掘进机在截割完一个循环4.5m后，支护前使用机载前探梁支护，再进行顶板锚杆、锚索永久支护。必须将锚杆锚索支护到位以后方可进行下一循环施工，最大空顶距离不得超过5m(保证掘进机司机在永久支护下操作)，最小空顶距不得超过0.4m，穿层巷道单个循环不得大于3m。

(2)综掘施工技术标准

在特厚煤层中进行水仓巷道综合掘进，需执行以下施工技术标准：巷道在每次截割前，必须按照激光指定的中线画出截割断面轮廓，依据所画巷道轮廓线准确施工;巷道超挖尺寸不得大于100mm;每次截割过程中，两帮必须各有一名照灯人员指挥综掘机司机进行截割，确保帮部的成型质量;杜绝巷道赤脚穿裙现象，施工时，必须用综掘机截割头将上、下帮底脚割平、刷直、局部地段人工使用风镐处理平、直;严格按照煤矿井巷工程质量验收规范和安全生产标准化标准施工，巷道在施工过程中不得遗留质量问题，掘进过程中严格按照循环工序操作;掘进时，采用防爆装载机转运至大巷皮带通过主运输系统至地面洗煤厂，装载机运输产生的浮矸，由当班派专人进行清理，做到动态达标;新敷设的高、低压电缆必须做到横平竖直，统一高度;高压电缆敷设在最上面，依次下挂;整条巷道使用统一规格的电缆钩;电缆吊挂于巷道右帮;电缆垂直吊挂，保持最小垂度;电缆钩眼离底板高度为2.3m;眼距为1.2m;在标电缆钩眼时需用激光分段(40-50m)取直，用白自喷漆作电缆钩眼标记，用手持式风动钻机打眼;进水三通、主闸阀安装要求水平垂直向上90°，排水三通、主闸阀安装要求水平向上45°，并要定期维护，处理水锈;管钩眼离底板高度为1.5m，眼距为3m，在标钩眼时需用激光分段(50m)取直，用白自喷漆作管钩眼标记，用风动钻机打眼;水管不得有跑、冒、滴、漏现象;工作面每掘进30m，由地测科延伸激光中线，腰线按照设计坡度进行放置，距底板1.5米。每次放置线点时要对中、腰线进行核对;地测科放线后，其他任何人员不得随意触碰、改动调整中腰线;掘进时要严格按照中腰线施工，带班队长必须每班检查腰线的吊挂情况，在确定中腰线准确无误后方可掘进;地质测量科在放线时，施工队伍的队长或技术员必需有1人在现场，双方将技术数据交接清楚。

(3)设备及工具配备

特厚煤层井底水仓工作面综掘所用设备为：一台EBZ-200型综掘机，一台ZL16EFB型防爆装载机，一台WC5J型防爆胶轮车，二台FBD.NO6.3/2×30型风机，CMS1-1450/37矿用深孔钻机，工作面施工设备见表2。

3. 支护设计

水仓巷道所处煤层为特厚煤层，煤层较为稳定，完整性较好，适合采用锚喷支护，同时为将围岩悬吊于特厚煤层稳固煤层中，结合锚索进行补强支护，故支护方式选用“锚杆+锚索+金属网+喷射混凝土”的联合支护方式。锚杆选用φ18×2200mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间距为900mm，排距为900mm，每根锚杆使用2卷药卷锚固;锚索选用型号为φ17.8×8000mm的钢绞线，锚索间距为1500mm(三根/排)/1800mm(两根/排)，排距1800mm，每孔使用树脂锚固剂两卷;金属网网孔规格为100×100mm，喷射混凝土厚度为100mm，混凝土标号均不低于C25。施工时在混泥土中添加BR-3普通型防水剂,防水剂占水泥重量比为10%。掘进过程中，如果帮部破碎时根据现场实际情况缩小锚杆间排距，并紧跟工作面施工，保证巷道帮部支护强度不小于正常强度。顶板变化，及时考虑补强支护，巷道支护材料及规格见表3。

4. 安全及应急措施

(1)安全措施

在人员进入工作面作业之前,首先由跟班队干及班长进行安全确认(当班危险源辨识和隐患排查)，观察工作面的顶帮情况，将工作面顶、帮的活矸、活煤处理掉，人员方可进入工作面。必须保证巷道支护质量，每天由跟班队干与技术员负责检查，顶板破碎的巷道必须采取补强支护方式。生产过程中必须设置好警戒。

(2)避灾路线

井底水仓处于下水平最低点独头巷道掘进，因此煤尘、瓦斯爆炸、火灾、水灾、避灾路线：井底水仓掘进工作面→下水平辅运大巷→辅运暗斜井→副平硐→地面。

5. 结论

根据沙坪煤矿井底水仓巷道位于13#特厚煤层中的实际地质条件，对水仓巷道的掘进及支护方式进行了探讨，掘进方式为综掘机一次掘进成巷，支护方式为锚网喷加锚索联合支护，满足于河东煤田特厚煤层支护强度，采用锚网喷工艺增加速凝剂、防水剂满足于永久蓄水巷道防渗要求。

摘要：结合河东煤田沙坪煤矿井底水仓巷道位于13#特厚煤层中的实际地质条件，对水仓巷道的掘进及支护方式进行了探讨，掘进方式为综掘机一次掘进成巷，支护方式为锚网喷加锚索联合支护，为保证特厚煤层井底水仓掘进及支护的安全，从特厚煤层带压区域锚网喷支护工序及安全技术措施两方面制定了相应的措施计划，保证特厚煤层井底水仓巷道掘进及支护施工的安全，预期成果可以为类似条件下特厚煤层永久水仓施工提供一定借鉴。

关键词：井底水仓,特厚煤层,掘进,支护