半煤巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)及合理支護(hù)參數(shù)的研究

孫小民 程元滿

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司 十三礦，河南 平頂山 467000）

在煤礦巷道工作面的作業(yè)過程當(dāng)中，為了實(shí)現(xiàn)煤礦礦井生產(chǎn)的高效性，在確保礦井生產(chǎn)作業(yè)安全穩(wěn)定開展的前提條件下，對(duì)巷道掘進(jìn)速度進(jìn)行合理的提升，這一點(diǎn)是尤為關(guān)鍵的。與此同時(shí)，對(duì)于煤礦巷道掘進(jìn)快速性、安全性、以及高效性的保障，是確保煤礦采掘工作面接替工作得以正常且順利開展的基礎(chǔ)性保障之一。特別是對(duì)于半煤巖巷而言，如何實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)的快速性，這一問題已成為當(dāng)前各方人員研究的重點(diǎn)所在。與此同時(shí)，為了使煤礦礦井生產(chǎn)更具安全性、以及經(jīng)濟(jì)性方面的優(yōu)勢(shì)，就需要結(jié)合半煤巖巷巷道掘進(jìn)的實(shí)際情況，制定科學(xué)且合理的支護(hù)參數(shù)。本文即對(duì)其做詳細(xì)分析與說明。

1 半煤巖巷工作面基本概況

某半煤巖巷工作面煤層以光亮型為主，夾帶少量暗煤、以及鏡煤，且煤層分布多呈現(xiàn)出帶狀性特征。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定數(shù)據(jù)顯示：半煤巖巷工作面煤層硬度系數(shù)在1.7～2.1范圍之內(nèi)，煤層分布情況及其厚度分別為：第一層為煤層，厚度為0.36m；第二層為煤矸石，厚度為 0.56m，第三層為煤層，厚度為 0.71m，第四層為煤矸石，厚度為0.84，煤層結(jié)構(gòu)平均厚度為1.31m，平均密度為1.47t/m3。同時(shí)，從煤層結(jié)構(gòu)構(gòu)造的角度上來說，由于該半煤巖巷工作面的地質(zhì)構(gòu)造并不復(fù)雜，煤層結(jié)構(gòu)整體呈現(xiàn)出單斜性的構(gòu)造特點(diǎn)，傾斜角角度在3°～5°范圍之內(nèi)。同時(shí)，從水文地質(zhì)條件的角度上來說，該半煤巖巷工作面水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，正常狀態(tài)下，每分鐘的涌水量在 0.06m3～0.09m3 范圍之內(nèi)。

2 半煤巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)分析

在現(xiàn)階段的技術(shù)條件支持下，半煤巖巷快速掘進(jìn)主要可以通過基于掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)方式、或者是基于鉆眼爆破的掘進(jìn)方式實(shí)現(xiàn)。結(jié)合對(duì)本文所例舉半煤巖巷工作面的實(shí)際情況來看，選取基于掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)方式。具體的實(shí)施要點(diǎn)可歸納為：

從快速掘進(jìn)基本工藝施工流程的角度上來說，巷道掘進(jìn)全過程當(dāng)中，有一部分區(qū)段需要采取基于全巖石的掘進(jìn)方式，同時(shí)針對(duì)其他巷道采取半煤巖巷的掘進(jìn)方式。在實(shí)際的巷道掘進(jìn)作業(yè)過程當(dāng)中，除做好前期安全性檢查及班次交接工作以外，需要通過對(duì)膠帶的接延處理，在完成延架操作的基礎(chǔ)之上，完成割煤操作以及所出煤料的運(yùn)輸工作，在敲幫問頂?shù)幕A(chǔ)之上，鋪設(shè)相應(yīng)的金屬網(wǎng)裝置，配合錨桿支護(hù)基礎(chǔ)之上，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行清理，完成一次巷道掘進(jìn)的動(dòng)作循環(huán)。

在整個(gè)半煤巖巷快速掘進(jìn)施工的實(shí)施過程當(dāng)中，需要特別注意的一點(diǎn)是：應(yīng)當(dāng)借助于經(jīng)緯儀裝置，于施工現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)明中線點(diǎn)，在使用激光指向儀對(duì)所標(biāo)注中線進(jìn)行指示的過程當(dāng)中，按照指示方位進(jìn)行巷道掘進(jìn)工作。每次所掘進(jìn)長(zhǎng)度需要嚴(yán)格控制在100.0m范圍之內(nèi)，對(duì)于超出范圍的巷道掘進(jìn)區(qū)域，需要延長(zhǎng)激光。

3 半煤巖巷快速掘進(jìn)支護(hù)參數(shù)的確定

錨桿是在半煤巖巷快速掘進(jìn)過程當(dāng)中，主動(dòng)性的支護(hù)方式之一。對(duì)比常規(guī)意義上的金屬網(wǎng)等支護(hù)方式項(xiàng)目，應(yīng)用錨桿支護(hù)在施工工藝、力學(xué)效應(yīng)、以及工程造價(jià)方面均有著突出的優(yōu)勢(shì)。特別是在錨桿支護(hù)使用經(jīng)驗(yàn)不斷發(fā)展與成熟的背景下，為了確保支護(hù)參數(shù)所確定的合理性與科學(xué)性，就需要通過數(shù)值模擬計(jì)算的方式，建立在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)對(duì)支護(hù)參數(shù)信息的動(dòng)態(tài)反饋。

結(jié)合本文所例舉半煤巖巷工作面巷道掘進(jìn)的實(shí)際情況，通過對(duì)FLAC數(shù)值模擬分析技術(shù)的應(yīng)用，能夠?yàn)橄锏揽焖倬蜻M(jìn)工作面支護(hù)方案的合理選取，以及參數(shù)的可靠設(shè)計(jì)提供必要的理論支持。假定結(jié)合該工作面的實(shí)際情況，確定有兩種基本性的支護(hù)方案，其一為巷道沿底板布置，對(duì)一部分頂板巖層予以割除；其二為巷道沿中間布置，對(duì)一部分底板巖層以及頂板巖層予以割除。為了選取最為合理的支護(hù)方案，就通過應(yīng)用FLAC數(shù)值模擬軟件的方式，對(duì)巷道快速掘進(jìn)過程中，工作面巷道的破壞程度以及位移情況進(jìn)行了綜合分析。對(duì)比方案2，方案1僅于工作面前部出現(xiàn)剪切破壞，剔除了拉伸破壞對(duì)工作面的影響。同時(shí)，所產(chǎn)生的頂板位移量方面，方案1明顯小于方案2，因此選取方案1作為支護(hù)方案。

在該支護(hù)方案作用之下，相關(guān)支護(hù)參數(shù)的確定需要重點(diǎn)關(guān)注如下問題：（1）有關(guān)錨桿長(zhǎng)度參數(shù)的確定：結(jié)合單體錨桿懸吊理論，錨桿長(zhǎng)度的計(jì)算方式應(yīng)當(dāng)為“錨桿外露部分長(zhǎng)度+安全系數(shù)*軟弱巖層厚度+錨桿錨固長(zhǎng)度”。因此，確定本工程中的錨桿長(zhǎng)度參數(shù)為1.8m；（2）有關(guān)錨桿直徑參數(shù)的確定：在充分遵循桿體抗拉力與錨桿錨固力一致性原則的基礎(chǔ)之上，對(duì)于錨桿直徑參數(shù)的計(jì)算可以通過如下方式實(shí)現(xiàn) “0.357·錨桿錨固力參數(shù)/錨桿桿體材料設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度參數(shù)”。因此，確定本工程中的錨桿直徑參數(shù)為2000mm；（3）有關(guān)錨桿支護(hù)間距參數(shù)的確定：建立在錨桿懸吊作用理論的基礎(chǔ)之上，錨桿支護(hù)間距參數(shù)的確定可以按照如下方式實(shí)施 “≤（錨桿拉拔力極限值/安全系數(shù)*軟弱巖層厚度*軟弱巖層平均密度參數(shù)）﹣1”。因此，確定本工程中的錨桿支護(hù)間距參數(shù)為900.0mm。

4 結(jié)束語

本文首先就半煤巖巷工作面的實(shí)際情況進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，結(jié)合實(shí)例，對(duì)半煤巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)實(shí)施方案的選取，以及相應(yīng)的操作流程予以了說明。進(jìn)而，在對(duì)整個(gè)巷道快速掘進(jìn)工作面進(jìn)行FLAC數(shù)值模擬的基礎(chǔ)之上，研究了支護(hù)參數(shù)的確定方案，上述問題希望能夠?yàn)楹罄m(xù)實(shí)踐工作的開展提供一定的參考與幫助。

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