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摘要：神东煤矿大多数是在靠近居民区周边开采矿井，地面建筑物、河流、道路较多，针对如何在建筑物下掘进开采，成为我国煤矿企业的研究方向。榆家梁煤矿连采二队根据公司及矿掘进计划对在工业广场下掘进施工，针对多次经验所得在对榆家梁煤矿52煤输料孔进行了研究并施工，探索出了一套成熟的掘进方案。
关键词：建筑工程；掘进输料孔；建筑物支护；掘进方案
中图分类号：K826 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）28-0100-03
1 工程概况
地面位置：52煤输料孔装载通道掘进工作面位于榆家梁煤矿井田的中部，上部为42煤地面工业广场，42煤材料库、综合办公楼和职工公寓位于回风通道正上方垂直距离约80m处。
井下位置：52煤输料孔装载通道工程位于52301综采设计工作面保护煤柱范围内。上方赋存的43煤为实体煤，42煤为露头风化区域。东侧为52301回顺、52302回顺，南侧距52煤辅运大巷110m。
52煤输料孔装载通道工程由进风巷、回风通道及其之间联巷、硐室等巷道组成。所有巷道均布置在52煤层中，巷道设计总长度为592.4m。其中进风巷长度为223.5m，回风通道长度为187.5m，及其之间联巷长度为164.4m，调车硐室长度为17m。联巷长度为27.4m，共6个，开口抹角不得大于3×3m。调车硐室长度为6m，共3个，开口施工2×2m双抹角。
2 地质构造
2.1 地表构造
52煤输料孔装载通道工程地表标高：1196～1322m，最大高差126m；松散层厚度0～84m；上覆基岩厚度76～132m，地层总的趋势是以极缓的坡度向北西倾斜的单斜构造，倾角1°～2°，断层不发育，后生裂隙发育。
2.2 水文地质构造
地表沟壑发育，上覆松散层厚度变化较大，无采空积水。雨季大气降水在低洼处形成少量积水，但对掘进工作面影响有限。掘进工作面涌水主要为围岩裂隙水，该含水层富水性弱、补给水源少，对掘进工作面影响较小。预计正常涌水量15m3/h，最大涌水量20m3/h。
2.3 巷道围岩特征
所掘巷道顶板以灰白色粉及中砂岩为主，局部为粉砂质泥岩（厚度为0～1.3m），抗压强度为319～484kg/cm2，属较稳定（Ⅱ）岩层；底板为粉砂岩，泥质胶结，水平层理，质较软，抗压强度412kg/cm2，绝大部分为稳定性型，不底鼓。
表1 巷道围岩特征表
顶、底板 岩石名称 厚度m 岩性描述
老顶 粉及中砂岩 15.6～25.8 灰色及灰白色，泥质胶结，水平层理
直接顶 泥岩 0～1.30 黑灰色，块状，致密，含炭屑
伪顶
直接底 粉砂岩 0.55～18.4 灰黑色，泥质胶结，均一致密，质较软
2.4 煤层赋存特征
52煤层属低变质烟煤，黑色块状，条痕褐黑色，沥青或油脂光泽，线理细条带状结构，硬度大，后生裂隙发育。煤层赋存稳定，煤厚3.20～3.50m，平均3.40m，倾角1°～2°，容重1.31t/m3。
3 采用计算法校核支护参数
3.1 锚杆长度校验
顶锚杆通过悬吊作用，达到支护效果的条件，应
满足：
L≥L1+L2+L3
式中：
L——锚杆总长，2.1m；
L1——锚杆外露长度（顶锚杆取0.05m，从顶板算起）；
L2——锚杆有效长度（顶锚杆取免压拱高b），m；
L3——锚杆锚固长度（顶锚杆取0.3），m。
普氏免压拱高：
当f≥3时，L2=b=B/2f
当f≤2时，L2=b1=1/f×〔B/2+Htan（45°-w/2）〕
3.2 进风巷支护参数计算
B、H——巷道掘进宽度和高度，B=5.6m，H=3.5m；
f顶——顶板岩石普氏系数，f顶取3或4；
w——两帮围岩的内摩擦角，w取86.32°（查表得）；
当f≥3时，L2=b=B/2f
故：f取3时：L2=b=B/2f=5.6/（2×3）=0.93m；
Lf=3=L1+L2f=3+L3=0.05+0.93+0.3=1.25m；
f取4时：L2=b=B/2f=5.6/（2×4）=0.7m；
Lf=4=L1+L2f=4+L3=0.05+0.7+0.3=1.05m；
根据上述计算得出：
L>Lf=3；
L>Lf=4；
3.3 回风通道支护参数计算
B、H——巷道掘进宽度和高度，B=5.0m，H=3.5m；
f顶——顶板岩石普氏系数，f顶取3或4；
w——两帮围岩的内摩擦角，w取86.32°（查表得）。
当f≥3时，L2=b=B/2f
故：f取3时：L2=b=B/2f=5.0/（2×3）=0.83m；
Lf=3=L1+L2f=3+L3=0.05+0.83+0.3=1.18m；
f取4时：L2=b=B/2f=5.0/（2×4）=0.625m
Lf=4=L1+L2f=4+L3=0.05+0.625+0.3=0.975m；
根据上述计算得出：
L>Lf=3；
L>Lf=4；
3.4 锚杆间排距校验
锚杆间排距a=
式中： a——锚杆间距；
Q——锚杆悬吊岩体重量（锚杆承载力勤），取49kg；
r——岩体容重，取2.4kN/m3
k——安全系数，取1.8；
实际应用2.1m锚杆时，L2=L-L1-L3=1.45m；计算得a2.82m。
故锚杆排距取1m符合要求。
3.5 按悬吊理论校核锚索间距
为防止巷道顶板岩层发生大面积整体垮落，用Φ17.8×6500mm的锚索，将锚索加固的“组合梁”整体悬吊于坚硬岩层中，校核锚索间距。冒落方式按最严重的冒落高度大于锚杆长度的整体冒落高度考虑。在忽略岩体粘结力和内摩擦力的条件下，取垂直方向力的平衡，可由下式计算：
L=nF2/[BHγ-（2F1sinθ）/L1]
式中：
L—锚索间距，m；
B—巷道最大冒落宽度，9.8m；
H—巷道冒落高度，按最严重冒落高度取2.0m；
γ—岩体容重，2.4KN/m3；
L1—锚索排距，3.0m；
F1—锚杆锚固力，50KN；
F2—锚索极限承载力，取27T；
θ—锚杆与巷道顶板的夹角，90°；
n—锚索排数，取4。
则：L=3.24m>3.0m
故所选锚索间距3.0m满足设计要求。
应当指出，锚杆参数应结合巷道具体地质条件及用途决定。由于顶板局部有软弱结合面或滑移面，顶板整体性差。如遇赋水区域且基岩厚度较薄时顶板淋水较大，掘进揭露顶板后易泥化、风化而产生顶板离层。因此必须重视加强支护管理，除打设锚索外还要在顶帮挂网后进行喷浆作业，厚度为100mm。
4 巷道支护要求
锚杆外露长度从托盘算起不大于50mm，锚杆锚固力应大于50kN，顶锚杆扭矩不小于100Nm，帮锚杆扭矩不小于80Nm。锚索外露长度不大于200mm。锚索锚固力大于15T，锚索极限拉断力为24.7T，延伸率为3%，预紧力为100kN，锚固段长度为1500mm。锚杆、锚索安装与顶板角度不小于75°（锚杆、锚索与顶板角度β：75°≤β≤105°）。发现锚杆及锚索失效或报废，必须及时补打。
锚杆必须从外向里逐排支护，严禁隔排空顶作业或从空顶内向外作业；联巷抹角处补打锚杆必须合理布置，不得有面积大于1m×1m的空顶区域。
由于巷道开口被连采机割到而造成失效的锚杆和网片必须重新安装。
锚杆支护严格按作业规程要求施工。必须保证所打锚杆横成排、竖成线；已施工的锚杆扭矩必须达到100N·m以上，抗拔力必须达到50kN以上。
因该工作面掘进的巷道沿顶板掘进，正常情况下掘进最大空顶距确定为12m，循环进度10.5m；遇到顶板破碎、淋水、有裂隙等地质条件变化地段，采取短掘短支，最大空顶距离不得大于7m，掘进巷道最小空顶距1.5m。
锚索支护正常情况下跟在破碎机后面，辅助运输巷要支护到工作面行车调机联巷的后10m处，主运输巷道支护到破碎机后10m；锚索支护产生的水、杂物及时清理干净。
特殊情况做以下规定：（1）如遇顶板破碎、淋水大等情况时，锚索支护必须需跟到工作面支护；（2）对于裂隙发育地段应加挂“W”型刚带进行加强支护；（3）锚索锚固力达不到要求、顶板下沉明显地段要及时汇报生产科，以确定是否采取架棚进行加强支护；（4）顶板下沉明显地段要及时汇报生产科，以确定是否架棚加强支护。
锚索支护必须在破碎机前移后一个圆班支护完成，否则不得进行掘进。
严格执行《连采后备套施工管理补充规定》。
当工作面遇见断层、冲刷带，或者裂隙发育、顶板破碎、煤层变薄、薄基岩、顶板淋水大等地质条件变化时，必须采取加强支护措施。
外委工队挂帮网在连采队移完破碎机后一个原班，必须将帮网跟至交接班平台及破碎机后，如遇片帮处，裂隙发育弱面构造处当班必须挂网，否则不得生产。
5 结语
2012年7月下旬我队按照设计圆满完成52煤输料孔装载通道专项工程，掘进期间无顶板破碎及冒顶现象发生，经现场实际观测顶板下沉量为零，对地面建筑物无影响。通过这次施工，为我矿在安全生产前提下“建筑物下、水体下、铁路下”掘进积累了宝贵的实践经验。
作者简介：朱拴刚（1979-），男，陕西杨凌人，中国神华神东煤炭集团榆家梁煤矿企业管理部工程师，经济师，研究方向：煤炭生产精益化管理和推行。
关键词：建筑工程；掘进输料孔；建筑物支护；掘进方案
中图分类号：K826 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）28-0100-03
1 工程概况
地面位置：52煤输料孔装载通道掘进工作面位于榆家梁煤矿井田的中部，上部为42煤地面工业广场，42煤材料库、综合办公楼和职工公寓位于回风通道正上方垂直距离约80m处。
井下位置：52煤输料孔装载通道工程位于52301综采设计工作面保护煤柱范围内。上方赋存的43煤为实体煤，42煤为露头风化区域。东侧为52301回顺、52302回顺，南侧距52煤辅运大巷110m。
52煤输料孔装载通道工程由进风巷、回风通道及其之间联巷、硐室等巷道组成。所有巷道均布置在52煤层中，巷道设计总长度为592.4m。其中进风巷长度为223.5m，回风通道长度为187.5m，及其之间联巷长度为164.4m，调车硐室长度为17m。联巷长度为27.4m，共6个，开口抹角不得大于3×3m。调车硐室长度为6m，共3个，开口施工2×2m双抹角。
2 地质构造
2.1 地表构造
52煤输料孔装载通道工程地表标高：1196～1322m，最大高差126m；松散层厚度0～84m；上覆基岩厚度76～132m，地层总的趋势是以极缓的坡度向北西倾斜的单斜构造，倾角1°～2°，断层不发育，后生裂隙发育。
2.2 水文地质构造
地表沟壑发育，上覆松散层厚度变化较大，无采空积水。雨季大气降水在低洼处形成少量积水，但对掘进工作面影响有限。掘进工作面涌水主要为围岩裂隙水，该含水层富水性弱、补给水源少，对掘进工作面影响较小。预计正常涌水量15m3/h，最大涌水量20m3/h。
2.3 巷道围岩特征
所掘巷道顶板以灰白色粉及中砂岩为主，局部为粉砂质泥岩（厚度为0～1.3m），抗压强度为319～484kg/cm2，属较稳定（Ⅱ）岩层；底板为粉砂岩，泥质胶结，水平层理，质较软，抗压强度412kg/cm2，绝大部分为稳定性型，不底鼓。
表1 巷道围岩特征表
顶、底板 岩石名称 厚度m 岩性描述
老顶 粉及中砂岩 15.6～25.8 灰色及灰白色，泥质胶结，水平层理
直接顶 泥岩 0～1.30 黑灰色，块状，致密，含炭屑
伪顶
直接底 粉砂岩 0.55～18.4 灰黑色，泥质胶结，均一致密，质较软
2.4 煤层赋存特征
52煤层属低变质烟煤，黑色块状，条痕褐黑色，沥青或油脂光泽，线理细条带状结构，硬度大，后生裂隙发育。煤层赋存稳定，煤厚3.20～3.50m，平均3.40m，倾角1°～2°，容重1.31t/m3。
3 采用计算法校核支护参数
3.1 锚杆长度校验
顶锚杆通过悬吊作用，达到支护效果的条件，应
满足：
L≥L1+L2+L3
式中：
L——锚杆总长，2.1m；
L1——锚杆外露长度（顶锚杆取0.05m，从顶板算起）；
L2——锚杆有效长度（顶锚杆取免压拱高b），m；
L3——锚杆锚固长度（顶锚杆取0.3），m。
普氏免压拱高：
当f≥3时，L2=b=B/2f
当f≤2时，L2=b1=1/f×〔B/2+Htan（45°-w/2）〕
3.2 进风巷支护参数计算
B、H——巷道掘进宽度和高度，B=5.6m，H=3.5m；
f顶——顶板岩石普氏系数，f顶取3或4；
w——两帮围岩的内摩擦角，w取86.32°（查表得）；
当f≥3时，L2=b=B/2f
故：f取3时：L2=b=B/2f=5.6/（2×3）=0.93m；
Lf=3=L1+L2f=3+L3=0.05+0.93+0.3=1.25m；
f取4时：L2=b=B/2f=5.6/（2×4）=0.7m；
Lf=4=L1+L2f=4+L3=0.05+0.7+0.3=1.05m；
根据上述计算得出：
L>Lf=3；
L>Lf=4；
3.3 回风通道支护参数计算
B、H——巷道掘进宽度和高度，B=5.0m，H=3.5m；
f顶——顶板岩石普氏系数，f顶取3或4；
w——两帮围岩的内摩擦角，w取86.32°（查表得）。
当f≥3时，L2=b=B/2f
故：f取3时：L2=b=B/2f=5.0/（2×3）=0.83m；
Lf=3=L1+L2f=3+L3=0.05+0.83+0.3=1.18m；
f取4时：L2=b=B/2f=5.0/（2×4）=0.625m
Lf=4=L1+L2f=4+L3=0.05+0.625+0.3=0.975m；
根据上述计算得出：
L>Lf=3；
L>Lf=4；
3.4 锚杆间排距校验
锚杆间排距a=
式中： a——锚杆间距；
Q——锚杆悬吊岩体重量（锚杆承载力勤），取49kg；
r——岩体容重，取2.4kN/m3
k——安全系数，取1.8；
实际应用2.1m锚杆时，L2=L-L1-L3=1.45m；计算得a2.82m。
故锚杆排距取1m符合要求。
3.5 按悬吊理论校核锚索间距
为防止巷道顶板岩层发生大面积整体垮落，用Φ17.8×6500mm的锚索，将锚索加固的“组合梁”整体悬吊于坚硬岩层中，校核锚索间距。冒落方式按最严重的冒落高度大于锚杆长度的整体冒落高度考虑。在忽略岩体粘结力和内摩擦力的条件下，取垂直方向力的平衡，可由下式计算：
L=nF2/[BHγ-（2F1sinθ）/L1]
式中：
L—锚索间距，m；
B—巷道最大冒落宽度，9.8m；
H—巷道冒落高度，按最严重冒落高度取2.0m；
γ—岩体容重，2.4KN/m3；
L1—锚索排距，3.0m；
F1—锚杆锚固力，50KN；
F2—锚索极限承载力，取27T；
θ—锚杆与巷道顶板的夹角，90°；
n—锚索排数，取4。
则：L=3.24m>3.0m
故所选锚索间距3.0m满足设计要求。
应当指出，锚杆参数应结合巷道具体地质条件及用途决定。由于顶板局部有软弱结合面或滑移面，顶板整体性差。如遇赋水区域且基岩厚度较薄时顶板淋水较大，掘进揭露顶板后易泥化、风化而产生顶板离层。因此必须重视加强支护管理，除打设锚索外还要在顶帮挂网后进行喷浆作业，厚度为100mm。
4 巷道支护要求
锚杆外露长度从托盘算起不大于50mm，锚杆锚固力应大于50kN，顶锚杆扭矩不小于100Nm，帮锚杆扭矩不小于80Nm。锚索外露长度不大于200mm。锚索锚固力大于15T，锚索极限拉断力为24.7T，延伸率为3%，预紧力为100kN，锚固段长度为1500mm。锚杆、锚索安装与顶板角度不小于75°（锚杆、锚索与顶板角度β：75°≤β≤105°）。发现锚杆及锚索失效或报废，必须及时补打。
锚杆必须从外向里逐排支护，严禁隔排空顶作业或从空顶内向外作业；联巷抹角处补打锚杆必须合理布置，不得有面积大于1m×1m的空顶区域。
由于巷道开口被连采机割到而造成失效的锚杆和网片必须重新安装。
锚杆支护严格按作业规程要求施工。必须保证所打锚杆横成排、竖成线；已施工的锚杆扭矩必须达到100N·m以上，抗拔力必须达到50kN以上。
因该工作面掘进的巷道沿顶板掘进，正常情况下掘进最大空顶距确定为12m，循环进度10.5m；遇到顶板破碎、淋水、有裂隙等地质条件变化地段，采取短掘短支，最大空顶距离不得大于7m，掘进巷道最小空顶距1.5m。
锚索支护正常情况下跟在破碎机后面，辅助运输巷要支护到工作面行车调机联巷的后10m处，主运输巷道支护到破碎机后10m；锚索支护产生的水、杂物及时清理干净。
特殊情况做以下规定：（1）如遇顶板破碎、淋水大等情况时，锚索支护必须需跟到工作面支护；（2）对于裂隙发育地段应加挂“W”型刚带进行加强支护；（3）锚索锚固力达不到要求、顶板下沉明显地段要及时汇报生产科，以确定是否采取架棚进行加强支护；（4）顶板下沉明显地段要及时汇报生产科，以确定是否架棚加强支护。
锚索支护必须在破碎机前移后一个圆班支护完成，否则不得进行掘进。
严格执行《连采后备套施工管理补充规定》。
当工作面遇见断层、冲刷带，或者裂隙发育、顶板破碎、煤层变薄、薄基岩、顶板淋水大等地质条件变化时，必须采取加强支护措施。
外委工队挂帮网在连采队移完破碎机后一个原班，必须将帮网跟至交接班平台及破碎机后，如遇片帮处，裂隙发育弱面构造处当班必须挂网，否则不得生产。
5 结语
2012年7月下旬我队按照设计圆满完成52煤输料孔装载通道专项工程，掘进期间无顶板破碎及冒顶现象发生，经现场实际观测顶板下沉量为零，对地面建筑物无影响。通过这次施工，为我矿在安全生产前提下“建筑物下、水体下、铁路下”掘进积累了宝贵的实践经验。
作者简介：朱拴刚（1979-），男，陕西杨凌人，中国神华神东煤炭集团榆家梁煤矿企业管理部工程师，经济师，研究方向：煤炭生产精益化管理和推行。