四老溝煤礦1021 工作面巷道快速掘進(jìn)工藝研究

任 俊

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)安全生產(chǎn)指揮中心，山西 大同 037001）

1 概況

四老溝煤礦主采盤(pán)區(qū)1021 工作面煤層上覆臨近煤層采空區(qū)，經(jīng)探測(cè)采空區(qū)有積水，煤層穩(wěn)定性低，煤層偽頂為0.7 m 的粉砂巖，直接頂為厚度6.2 m 的細(xì)砂巖。1021 工作面的運(yùn)輸順槽經(jīng)過(guò)8 號(hào)煤層，8 號(hào)煤層頂板存在砂質(zhì)泥巖層，在水作用下容易膨脹、軟化，穩(wěn)定性降低，巷道掘進(jìn)存在很大難度。基于以上原因進(jìn)行工作面巷道快速掘進(jìn)截割、支護(hù)等工藝以及工序研究[1-6]，保證掘進(jìn)安全的前提下，提升掘進(jìn)效率。

2 快速掘進(jìn)工藝

（1）綜掘機(jī)截割工藝

1021 工作面運(yùn)輸順槽掘進(jìn)采用EBZ300 型綜掘機(jī)，掘進(jìn)期間遇到巖質(zhì)較為穩(wěn)定、地質(zhì)條件較好的掘進(jìn)段，采用中心進(jìn)刀、四周刷幫的快速掘進(jìn)截割方式[7-10]，截割路徑示意圖如圖1（左）；掘進(jìn)遇到巷道頂部圍巖穩(wěn)定性下降、有破碎冒頂風(fēng)險(xiǎn)情況下，采用多段截割掘進(jìn)的方式，即將掘進(jìn)工作面分為左右兩個(gè)部分，首先截割橫截面的三分之一部分，然后掘進(jìn)剩余部分，可以有效降低掘進(jìn)空頂時(shí)間，對(duì)掘進(jìn)巷道頂部巖層具有很好的保護(hù)作用，降低冒頂事故風(fēng)險(xiǎn)，截割路徑示意圖如圖1（右）。

圖1 不同巖層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)下的掘進(jìn)截割路徑示意圖

（2）掘進(jìn)支護(hù)工藝

常規(guī)的錨網(wǎng)巷道掘進(jìn)支護(hù)工藝多采用戴帽點(diǎn)柱臨時(shí)支護(hù)，架棚支護(hù)巷道一般采用前探梁臨時(shí)支護(hù)工藝，但這兩種常規(guī)支護(hù)工藝復(fù)雜、施工繁復(fù)，支護(hù)效果雖能得到保證，但在支護(hù)施工中存在頂部空頂時(shí)間長(zhǎng)和兩幫暴露時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，無(wú)法適應(yīng)1021工作面巷道巖層特點(diǎn)。結(jié)合對(duì)截割工藝和路徑的分析，以降低支護(hù)施工用時(shí)以及保證支護(hù)效果為前提，采用配置機(jī)載液壓前探梁的掘進(jìn)支護(hù)工藝。前探梁布置如圖2。

圖2 機(jī)載液壓前探梁布置示意圖（mm）

通過(guò)采用機(jī)載液壓前探梁支護(hù)，在1021 工作面巷道掘進(jìn)過(guò)程中有效降低了空頂時(shí)間，而且支護(hù)強(qiáng)度增加，對(duì)錨網(wǎng)形成向上的托舉力，使得施工作業(yè)復(fù)雜性減低。機(jī)載設(shè)備采用鉸接軸聯(lián)結(jié)，液壓設(shè)備依靠?jī)晌蝗ㄩy實(shí)現(xiàn)控制，保證了掘進(jìn)系統(tǒng)和支護(hù)系統(tǒng)的獨(dú)立控制。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，采用機(jī)載液壓前探梁支護(hù)比傳統(tǒng)的臨時(shí)支護(hù)工藝節(jié)約時(shí)間成本約20%。

（3）掘進(jìn)工序

掘進(jìn)工序中，巷道支護(hù)工作需要占據(jù)一半左右的時(shí)間，通過(guò)調(diào)整輔助工序與支護(hù)工序的作業(yè)方式和順序，提升掘進(jìn)效率。1021 工作面巷道采用多工序平行作業(yè)掘進(jìn)工序。首先，對(duì)容易失穩(wěn)的巷道進(jìn)行錨桿安裝，其他錨桿則根據(jù)掘進(jìn)段的地質(zhì)特點(diǎn)在距離迎頭20 m 左右的范圍內(nèi)待掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)通過(guò)后滯后安裝。該工序調(diào)整，使得掘進(jìn)工序和支護(hù)工序可以相對(duì)平行開(kāi)展。另外，在滯后錨桿安裝時(shí)間內(nèi)，可以進(jìn)行電機(jī)檢修、設(shè)備維護(hù)等工作。平行工序作業(yè)圖如圖3。

圖3 快速掘進(jìn)平行作業(yè)工序

3 應(yīng)用效果

為了檢驗(yàn)掘進(jìn)截割、支護(hù)以及平行作業(yè)工序等快速掘進(jìn)工藝效果，對(duì)1021 工作面運(yùn)輸順槽的頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平窟M(jìn)行監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)，計(jì)算頂?shù)装搴蛢蓭驮诰蜻M(jìn)支護(hù)后的移近速度，如圖4。

圖4 掘進(jìn)支護(hù)后頂?shù)装搴蛢蓭鸵平俣葓D

從圖4 可以看出，在掘進(jìn)支護(hù)后，巷道頂?shù)装搴蛢蓭偷淖冃嗡俣扔纱笾饾u減小，變形階段大致可以分為三部分：3 d 內(nèi)的變形量較大，為急速變形階段；3～6 d 內(nèi)巷道變形量逐漸減小，變形幅度變化程度不大，為平穩(wěn)變形階段；7 d 之后巷道形變量非常小，為穩(wěn)定階段。相較而言，兩幫的移近速度會(huì)大于頂?shù)装宓?，說(shuō)明巷道受力變形影響最大的是水平應(yīng)力，但最大移近速度沒(méi)有超過(guò)14 mm/d，總體變形量都沒(méi)有超過(guò)40 mm，表明該快速掘進(jìn)工藝的可操作性和支護(hù)效果可以滿(mǎn)足1021 工作面巷道巖層特點(diǎn)。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)1021 工作面的運(yùn)輸順槽巖層特點(diǎn)研究，進(jìn)行快速掘進(jìn)工藝優(yōu)化，結(jié)論如下：

（1）針對(duì)不同掘進(jìn)段的巖層特點(diǎn)，分別采用中心進(jìn)刀四周刷幫和多段截割掘進(jìn)兩種截割路徑，保證不同條件下掘進(jìn)巷道穩(wěn)定性和掘進(jìn)速度。

（2）配置機(jī)載液壓前探梁支護(hù)工藝，有效降低了空頂時(shí)間，支護(hù)效果穩(wěn)定，支護(hù)難度降低，掘進(jìn)單位循環(huán)進(jìn)尺量增加，掘進(jìn)速度明顯加快。另外掘進(jìn)系統(tǒng)和支護(hù)系統(tǒng)的獨(dú)立控制，極大地增加了掘進(jìn)機(jī)械化程度以及支護(hù)強(qiáng)度，節(jié)約時(shí)間約20%。

（3）對(duì)容易失穩(wěn)巷道進(jìn)行頂板錨桿安裝，幫部錨桿在距離迎頭20 m 左右范圍內(nèi)待掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)通過(guò)后滯后安裝的方式，大幅度降低整體掘進(jìn)周期。

（4）通過(guò)對(duì)1021 工作面運(yùn)輸順槽的移近量進(jìn)行測(cè)量和實(shí)時(shí)記錄，7 d 后巷道基本穩(wěn)定，且最大移動(dòng)量不超過(guò)40 mm，證明了快速掘進(jìn)工藝的可實(shí)施性。