煤巷掘進(jìn)合理空頂距留設(shè)及支護(hù)施工優(yōu)化

張渾祥

(汾西礦業(yè)集團(tuán)南關(guān)煤業(yè)，山西 晉中 031300)

隨著煤炭開采技術(shù)以及裝備的不斷提升，礦井回采工作面推進(jìn)速度不斷增加，生產(chǎn)過程中面臨的采掘矛盾更為突出，制約礦井生產(chǎn)[1]。如何實現(xiàn)煤巷的快速掘進(jìn)，是諸多礦井生產(chǎn)過程中面臨的現(xiàn)實問題。巷道支護(hù)耗時較多，合理的留設(shè)空頂距離對提升巷道支護(hù)效率具有重要促進(jìn)作用，空頂距過小會造成掘進(jìn)、支護(hù)作業(yè)頻繁交替；空頂距離過大則會容易引起掘進(jìn)工作面頂板冒頂、煤壁片幫等問題，引發(fā)安全事故[2～4]。因此，在確保掘進(jìn)安全的前提下，優(yōu)化空頂距離對提升巷道掘進(jìn)效率具有一定的促進(jìn)作用。文中以山某礦2206工作面輔運巷掘進(jìn)為工程背景面，合理的確定空頂距離、優(yōu)化巷道掘進(jìn)施工工藝，提升了巷道掘進(jìn)效率。

1 工程概況

2206工作面輔運巷用以采面的輔助工作，巷道設(shè)計掘進(jìn)長度為1980m，斷面為矩形，高×寬=3.5m×5.0m，采用錨桿+錨索+鋼帶+金屬網(wǎng)+噴漿方式對圍巖進(jìn)行控制，巷道沿著2號煤層底板掘進(jìn)。根據(jù)地質(zhì)鉆孔探測資料，2號煤層結(jié)構(gòu)簡單，賦存穩(wěn)定，厚度均值為4.8m，煤層傾角為5°。采面直接頂為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，厚度分別為1.35m、2.68m；老頂大部分為細(xì)砂巖、局部為粉砂巖，厚度為5.92m；直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度為2.55m。巷道采用綜掘方式，隨掘過程中對巷道圍巖進(jìn)支護(hù)、鋪設(shè)管網(wǎng)。巷道掘進(jìn)時留設(shè)的空頂距離為1.6m，造成掘進(jìn)、支護(hù)頻繁接替，制約巷道速度。

2 空頂距對巷道穩(wěn)定影響

巷道頂板為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，頂板巖性較為堅硬，裂隙、節(jié)理不發(fā)育，為了合理確定空頂距，在掘進(jìn)工作面對不同空頂距時圍巖變形情況進(jìn)行監(jiān)測，空頂時圍巖均為支護(hù)，具體不同空頂距下的頂板下沉量監(jiān)測結(jié)果見圖1。

圖1 不同空頂距頂板下沉量

從現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果得知，掘進(jìn)工作面空頂距在5.0m范圍以內(nèi)時，圍巖變形量均較低，其中頂板在10h以內(nèi)累積下沉量值為28mm、頂板下沉量雖然不會給頂板穩(wěn)定性帶來顯著影響，但是為了確保作業(yè)人員施工安全，空頂距離5.0m顯然過大。

空頂距離為2.0m時，頂板下沉量與1.6m接近，監(jiān)測10h時累計變形量為7.5mm，頂板穩(wěn)定，可以確保空頂下方作業(yè)人員安全。空頂距從2.0m增加至3.0m頂板下沉量增加值顯著增加，頂板巖層離層量較大，雖然頂板下沉量仍處于低位，但是頂板巖層活動量顯著。因此，為了確保作業(yè)人員安全，根據(jù)不同空頂距圍巖變形監(jiān)測結(jié)果，將掘進(jìn)巷道的空頂距由1.6m提升至2.0m，在巷道空頂時巷道圍巖穩(wěn)定前提下縮短掘支交換頻率。

3 巷道掘進(jìn)施工優(yōu)化

在合理確定空頂距厚，對巷道掘進(jìn)施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，從而提升巷道聚掘進(jìn)效率[6]。

3.1 支護(hù)設(shè)備改造

巷道支護(hù)效率直接影響巷道掘進(jìn)效率，采用先進(jìn)的支護(hù)設(shè)備對提升巷道支護(hù)效率具有顯著的提升作用。為了提升巷道支護(hù)效率，降低支護(hù)耗時，將原有的支護(hù)鉆機(jī)改造成液壓錨桿鉆進(jìn)，通過設(shè)備改造以及更新，實現(xiàn)巷道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)、支護(hù)一體化。采用大扭矩馬達(dá)，轉(zhuǎn)速可以達(dá)到460r/min，錨桿鉆孔的施工質(zhì)量好、成孔快，使用高度在2.4m～4.0m以及寬度在3.5m～5.0m巷道掘進(jìn)斷面。

3.2 支護(hù)工藝優(yōu)化

在巷道掘進(jìn)支護(hù)過程中錨桿、錨索鉆孔鉆機(jī)、安裝等過程中耗時最多，施工作為繁瑣工序。巷道原錨桿、錨索鉆孔施工采用2臺氣動錨桿鉆機(jī)同時施工頂板錨桿、錨索，待頂板錨桿安裝完畢后，采用幫錨鉆機(jī)(氣動式)、鑿巖鉆進(jìn)(支腿式)施工巷幫錨桿，其中幫底角錨桿再下一支護(hù)循環(huán)完成鉆進(jìn)、施工。頂板、巷幫錨桿支護(hù)完成后，再進(jìn)行頂板錨索布置工作。

原有的巷道錨桿施工工藝繁瑣，通過采用掘、錨一體機(jī)，對巷道支護(hù)工藝進(jìn)行優(yōu)化，具體為：待巷道掘進(jìn)完成后，先施工頂板2、5眼錨桿，隨后再移動綜掘機(jī)頭施工頂板1、4錨眼錨桿以及3、6錨眼錨桿，待頂板錨桿施工完畢后，對巷幫進(jìn)行支護(hù)；頂板第二排錨桿支護(hù)重復(fù)第一排進(jìn)行。

待對巷道掘進(jìn)、支護(hù)工藝進(jìn)行優(yōu)化后，掘進(jìn)工作面作業(yè)人員勞動強度顯著降低、老頂效率顯著增加。巷道空頂距離由1.6m提升至2.0m，每完成一個掘進(jìn)、支護(hù)循環(huán)耗時由原本3.6h降低至2.5h，時間縮短30%。掘進(jìn)工作面每班由2個掘、支循環(huán)增加至3個，巷道掘進(jìn)進(jìn)尺由原本240m/月提升360m/月，通過對掘進(jìn)工作面空頂距離以及掘進(jìn)支護(hù)方式進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)了巷道快速掘進(jìn)，效果顯著。

4 總結(jié)

巷道掘進(jìn)效率提升影響因素很多，其中巷道支護(hù)占用時間最對，通過對巷道支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，可以增加巷道掘進(jìn)開挖時間，提高掘進(jìn)進(jìn)尺量。通過現(xiàn)場實測方法對巷道掘進(jìn)工作面空頂距離、掘進(jìn)支護(hù)方式進(jìn)行優(yōu)化，顯著提升巷道掘進(jìn)效率。取得的主要研究成果為：

1)根據(jù)巷道頂板巖性合理確定空頂距，當(dāng)頂板巖性好、圍巖強度高時，可以通過適當(dāng)增加空頂距離，減少支護(hù)占用時間，從而提升巷道掘進(jìn)效率。

2)采用掘支一體化設(shè)備，縮短掘進(jìn)、支護(hù)循環(huán)耗時，從而使得每班作業(yè)循環(huán)由2個增加至3個，提升現(xiàn)場作業(yè)人員效率，降低勞動強度。

3)現(xiàn)場將掘進(jìn)工作空頂距由1.6m增加至2.0m，掘進(jìn)、支護(hù)過程中未遇到頂板下沉量過大、冒落等問題，現(xiàn)場應(yīng)用取得顯著效果。巷道掘進(jìn)過程中若遇到頂板巖層破碎、穩(wěn)定性差或者受地質(zhì)構(gòu)造帶影響時，應(yīng)適當(dāng)縮短空頂距離，確保巷道掘進(jìn)、支護(hù)安全。