"三心"拱断面在半煤岩巷施工中的研究与应用

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　　[摘要]"三心"拱巷道一直以来主要是在围岩较好的岩巷施工中应用比较多，但是通过地质条件的有效分析，在半煤巷中研究"三心"拱的应用，具有较好经济效益和安全效益，在保证安全的前提下，大大降低了材料消耗及其它施工成本。
　　[关键字]巷道断面 优化 成本 节支降耗
　　[中图分类号] TU74 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-3-297-1
　　1项目概况
　　高山煤矿位于贵州省毕节地区黔西县，距县城以东约25km，行政区划隶属于黔西县协和乡管辖，矿区面积8.222km2，工业场地靠近黔西至泰来的公路，新规划的野坝-方家田二级公路紧邻工业场地南部，相距直线约1公里。矿井工业广场用地面积15.89hm2。含煤地层为上二叠系龙潭组，可采和局部可采煤层4层，其中5、9、13号煤层全区可采，4号煤层为大部分可采。四层煤均为薄-中厚煤层，开采条件相对较好。地质资源量6577万吨，可采储量3108万吨。产品为无烟煤，矿井设计生产能力60万吨/年，服务期限37年。该矿为高瓦斯矿井（按突出矿井设计），采取斜井开拓。设计以一组集中大巷开发全井田，大巷布置在9、13号煤层之间。投产时先开采+1000 m水平上山部分的一采区，后开采+1000m水平下山部分的二、三采区；后期开采+800m水平的四采区。+1000 m水平以上采用走向长臂开采，+1000 m水平以下采用倾斜长臂开采，采用全部冒落法管理顶板。矿井以一个采区一个综采工作面达到设计能力60万吨/年。根据集团公司重点工程项目经理负责制会议精神，确定总投资为6.6亿，总工期43个月。
　　为了响应集团公司节支降耗的战略部署，高山煤矿生产技术人员认真研究巷道施工地质条件及施工工艺，从设计入手开展节支降耗工作，通过对巷道断面及支护设计的改变，在保证安全的前提下，大大降低了材料消耗及其它施工成本。通过对我矿1403、1404运输顺槽断面及支护设计进行优化，起到了降低施工成本及提效的效果。
　　2“三心”拱断面设计
　　2.1方案设计
　　原设计方案：1403、1404运输顺槽采用梯形断面
　　此巷道原设计采用梯形断面，锚网索加钢筋梯支护，每米巷道消耗0.8根规格为θ15.24mm×6.5m的锚索，12.5根锚杆，8.8m2钢筋网片，3.8m直径为14mm的钢筋梯。
　　优化方案：1403、1404运输顺槽采用“三心”拱断面
　　现1403运输顺槽、1404运输顺槽采用“三心”拱断面，其中大圆半径为2491mm，两边小圆半径为940mm。巷道采用锚网支护，顶部采用θ20×2000mm的螺纹钢锚杆加直径6.5mm钢筋网支护，帮部采用θ16×1800mm的螺纹钢锚杆加钢板网支护，每米巷道消耗11.25根锚杆（5根θ16×1800mm，6.25根θ20×2000mm），4.8m2钢筋网片及3.2m2钢板网。
　　2.2方案对比
　　（1）方案一优缺点
　　①优点。巷道沿煤层顶板掘进，成型容易得到控制，文明施工容易保证。②缺点。巷道沿煤层顶板掘进，由于煤层厚度起伏较大，地质构造频繁，导致巷道上下起伏大；支护材料成本高。根据煤层顶板岩石情况，支护材料使用量较大，造成成本提高。
　　（2）方案二优缺点
　　①优 点。在保证掘进断面变化不大的条件下，巷道高度增加600mm以上；巷道高度的增加有效的为下一步往底板施工抽放钻孔创下有利条件，为矿井节约底板瓦斯抽放巷二条共计1920m；支护材料上大大减少，从矿压观测等参数研究来看，巷道没有发生变形，支护有效，能够很好的保证安全生产；降低工人劳动强度，节约人工为半煤巷掏煤施工打下基础；在支护材料成本下降的同时，没有降低巷道支护安全效果，巷道支护整体效果反而得到提高。②缺点。巷道成型控制较难，容易造成超欠挖现象的发生，需要技术人员在施工中进一步总结爆破施工经验，提高巷道成型。
　　2.3方案选择
　　通过对以上两种方案进行综合比较，结合高山煤矿生产建设实际情况，方案二具有在保证巷道支护强度，保证安全生产的前提下，减少支护材料，减少工人劳动强度，增加巷道高度，并为矿井下一步往底板施工抽放钻孔创下有利条件，所以确定方案二为最佳且可行的方案。
　　3经济效益
　　设计断面变更后，在保证掘进断面变化不大的条件下，巷道高度增加600mm以上，根据永贵公司领导安排，此顺槽巷道下一步可以提前用于施工9煤瓦斯抽放钻孔，巷道高度的增加有效的为下一步往底板施工抽放钻孔创下有利条件，为矿井节约底板瓦斯抽放巷二条共计1920m，将节约投资1920 ×0.7万元/m=1344万元。断面变更后直接生产成本也得到有效减少，依据现阶段材料的市场价格，“三心”拱断面在每米支护材料消耗上，对比原梯形断面减少。锚索：0.8×6.5×6.6+51=85元；锚杆： 12.5×（45+13）-5×（27+13）-6.25 ×（45+13）=162.5元；网片：8.8×（66+6）-3.2×（25+6）-4.8×（66+6）=189元；钢筋梯：3.8 ×26.5 × 1.25=126元，每米消耗材料总额较之前少85元+162.5元+189元+126元=562.5元。按1403运输顺槽全长720米，1404运输顺槽全长1200米算，设计变为“三心”拱断面后直接节约资金约562.5×1920=108万元。
　　4结论
　　“三心”拱巷道一直以来主要是在围岩较好的岩巷施工中应用比较多，但是通过地质条件的有效分析，在半煤巷中研究“三心”拱的应用，具有较好经济效益和安全效益，在保证安全的前提下，大大降低了材料消耗及其它施工成本，从目前矿压观测等参数研究来看，此优化设计研究效果良好，巷道没有发生变形，支护有效，能够很好的保证安全生产，并为矿井下一步往底板施工抽放钻孔创下有利条件。
　　参考文献
　　[1]陈炎光，钱鸣高主编.《中国煤矿采场围岩控制》徐州.中国矿业大学出版社，1994.
　　[2]吴贤振，刘洪兴.《井巷工程》化学工业出版社2011.
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