81107 工作面走向高抽巷快速掘進技術研究

郭 強

（陽泉煤業(yè)（集團）股份有限公司二礦，山西 陽泉 045000）

采用高抽巷治理采空區(qū)瓦斯是陽泉煤業(yè)集團瓦斯治理的重要技術，高抽巷能否及時完成施工、工程質量的好壞對于工作面快速形成采空區(qū)瓦斯治理系統(tǒng)和取得良好的瓦斯治理效果具有重要意義。陽泉煤業(yè)（集團）股份有限公司二礦普遍采用綜合機械化掘進技術，已形成了掘進、支護、運輸相結合的作業(yè)模式。81107 工作面是礦井的主采工作面，為了保證高抽巷的掘進速度和工程質量，工程技術人員充分借鑒以往的工程經(jīng)驗，對高抽巷快速掘進技術進行研究和摸索。

1 礦井掘進工藝現(xiàn)狀

當前陽煤二礦煤（巖）巷機掘施工方法為：局扇壓入式通風，掘進機截割，人工支設臨時支護，錨桿鉆、風鉆安裝頂幫錨桿（永久支護）；運輸方法為膠帶輸送機、刮板輸送機出煤（矸），小絞車等設備運輸材料。施工順序為：圍巖支護檢查，調試掘進機，校對中線，掘進機割煤（矸），出煤（矸），臨時支護，永久支護。

當前施工工序中割運煤（巖）、調機和支護頂板是最核心的施工工藝，也是用時最多的工藝，是實現(xiàn)循環(huán)的掘進任務的關鍵。當前支護頂板的錨桿數(shù)量多，密度大，制約了支護工藝的效率，綜掘機往往反復調機和檢修造成無效工作耗時，同時施工過程關鍵技術參數(shù)（控頂距、空頂距離）往往不能隨著地質條件改變后而及時調整，造成人員作業(yè)時間和設備調機耗時增加。與此同時，施工人員技能水平差異較大、耗時不同，也影響著巷道的掘進速度。統(tǒng)計礦井多個巷道施工期間的相關參數(shù)，礦井巷道掘進平均工效如下表1 所示。

表1 礦井巷道掘進平均功效表

2 煤巷快速掘進優(yōu)化對策分析

要想提高巷道掘進速度，必須管控各施工環(huán)節(jié)，提高環(huán)節(jié)工效，從施工方法和施工順序進行優(yōu)化，采取適宜的技術方案。

2.1 工作面概況

81107 工作面走向高抽巷主要用途是承擔81107工作面開采期間的瓦斯抽放任務，掘進期間擔負行人、運煤（矸）、運料等用途。工作面煤厚0.2～0.4 m，煤層傾角-2～ -8°，平均為-4°，煤質穩(wěn)定，暗灰色，低硫煤，硬度系數(shù)f 為2～3。81107 工作面走向高抽巷用于工作面回采期間上隅角和采空區(qū)瓦斯抽放，全長1642 m。81107 工作面走向高抽巷直接頂為砂質泥巖，厚度為2.4 m，基本頂為細粒砂巖，厚度為4.6 m，屬于穩(wěn)定巖層。

2.2 施工路線優(yōu)化

2.2.1 施工路線選擇的原則

選擇施工路線的關鍵是確定巷道最理想的布置層位和掘進方向，即保證巷道實現(xiàn)有效支護的前提下，盡可能減小施工巷道的長度，減小沿程穿越巖（煤）的強度，施工機具能正常施工，運輸系統(tǒng)盡可能短和可靠。

2.2.2 施工路線的選擇

結合81107 工作面11#煤、12#煤層、圍巖條件和周邊巷道特點，確定81107 工作面走向高抽巷施工路線為：先與11 采區(qū)高抽進風巷呈104°夾角，沿12#煤底板掘進140 m 后，以8°上山掘進追至11#煤頂板后，按11#煤頂板作為巷道頂板掘進254 m 后以12°下山施工139 m 追至12#煤底板，然后沿12#煤底板掘進27 m 后再左拐135°掘進14 m，然后再右拐135°沿12#煤底板掘進983 m 與傾斜高抽巷貫通。

2.2.3 施工保證技術

為了保證巷道掘進期間施工方向符合設計要求，及時發(fā)現(xiàn)施工地點圍巖條件變化和礦壓異常情況，采用礦壓觀測和圍巖探測技術作為保證技術。

（1）礦壓觀測

采用錨桿錨索測力計監(jiān)測錨桿錨索軸向受力狀況。過地質構造、頂板巖性發(fā)生顯著變化等地段增設錨桿錨索測力計。錨索直徑、長度、鎖具變更時要及時安設錨索測力計。

采用頂板離層指示儀實時監(jiān)測頂板離層變化情況，同步利用巖性探測孔或施工鉆孔使用窺視儀分析離層變化情況。頂板離層指示儀緊跟掘進工作面，在巷道頂板中部特殊地段應增設頂板離層儀。

采用十字布點法安設測站，測站安設兩個監(jiān)測斷面，基點安設牢固。監(jiān)測巷道表面位移監(jiān)測內容包括頂?shù)装逑鄬σ平?、頂板下沉量、底鼓量、兩幫相對移近量和巷幫位移量?/p>

（2）圍巖探測

巷道開口處及每隔500 m 進行一次巖性取芯探測，地質構造影響區(qū)加強探測，同時采取鉆探手段。正常進行巖性取芯探測時，巷道每掘進50 m 進行一次非取芯巖性探測。

2.3 支護參數(shù)優(yōu)化

采用合理的支護參數(shù)是巷道工程質量和支護效果的重要保證，支護強度的提高往往伴隨著更多的錨桿、錨索施工和補強工程，會大大增加工作面的施工強度，增加施工時間。支護強度降低則會導致施工質量達不到設計要求，不能滿足生產安全的需要。結合礦井類似巷道的施工經(jīng)驗對臨時支護和永久支護方法進行了調整和優(yōu)化。將臨時支護由4 根帽柱聯(lián)合式臨時支護優(yōu)化為6 根，并調整了剛錨網(wǎng)索材料的類型，將鋼絞線由Φ17.8×5400 mm 優(yōu)化為Φ17.8×5400 mm，將錨桿由Φ20×2400 mm 優(yōu)化為Φ20×2000 mm，并調整了錨索、錨桿間距。

2.3.1 臨時支護

正常掘進采用帽柱聯(lián)合式臨時支護。帽柱柱體使用DN31.5-160/90 型內注式單體液壓支柱。柱要支在實底上，施工過程中遇底板松軟或無法支在實底上時穿木鞋。共用9根柱，其中6根使用、3根備用（備用柱可用內注式單體柱或Φ200×3200 mm 木柱）；柱帽9 個（備用3 個），規(guī)格為Φ200/2×400 mm的兩開木，一個循環(huán)進度支6 根；柱鞋9 個（備用3 個），規(guī)格為400×300×200 mm。

2.3.2 永久支護

巷道頂錨索選用Φ17.8×5200 mm 的鋼絞線，頂錨桿選用Φ20×2000 mm 的螺紋鋼錨桿；頂錨索托板選用300×270×12 mm 的拱形托板，頂錨桿托板選用150×150×10 mm 的拱形托板；幫錨桿選用Φ20×2000 mm 的普通圓鋼錨桿，幫錨桿托板選用450×280×4 mm 的W 鋼 護 板+150×150×10 mm的拱形墊片。巷道設計如圖1 所示。

（1）鋪聯(lián)網(wǎng)。頂部單層金屬網(wǎng)，長邊垂直于巷道掘進方向鋪設，順沿掘進方向頂部金屬網(wǎng)長邊與長邊搭接，頂網(wǎng)短邊鋪至頂板兩側下沿且均勻布置。幫部單層金屬網(wǎng)短邊垂直于巷道掘進方向鋪設，沿頂部順序往下幫網(wǎng)的長邊與頂網(wǎng)的短邊搭接，幫網(wǎng)的長邊鋪至底幫錨桿托板下沿。

（2）頂錨索和頂錨桿布置。頂部采用錨索+螺紋鋼錨桿+鋼帶+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護。每排布置1根錨索和3 根螺紋鋼錨桿，頂錨桿、錨索采用矩形布置，緊貼頂板，排距900 mm，眼距1160 mm。沿巷道掘進方向從左往右每排鋼帶的第二眼布置錨索，其余一、三、四眼為錨桿，錨桿（錨索）與頂板垂直。

（3）幫錨桿布置。錨桿+金屬經(jīng)緯網(wǎng)進行聯(lián)合支護。幫錨桿排距900 mm，每排各打2 根錨桿，矩形布置。最上面一根幫錨桿距頂板600 mm 與頂板呈10°夾角傾斜向上，順序往下1200 mm 布置第二根錨桿。幫錨桿托板為W 鋼護板，垂直巷道頂?shù)装寰o貼巷幫布置。

圖1 81107 工作面高抽巷支護設計

2.4 掘進機選用和截割方法優(yōu)化

選用掘進機時綜合考慮巷道出矸需求和與運輸系統(tǒng)（膠帶輸送機、刮板輸送機）匹配，經(jīng)計算后選用EBZ260 型掘進機。將巷道左半部分和巷道右半部分循環(huán)往復截割，嚴格控制截割高度和寬度。結合該掘進機的特點和施工過程中巷道圍巖條件變化較大，對掘進機的截割方法進行了優(yōu)化。將常規(guī)截割時的單一截割路線改為針對不同巷道巖性的兩種不同截割路線。

巷道巖性較好易于維護時，掘進機截割巷道左半部分時，滾筒由左上角開槽，由左向右、由上向下，循環(huán)往復截割，隨后截割右半部分時，滾筒由右上角開槽，由右向左、由上向下截割；巷道巖性較差不易于維護時，掘進機截割巷道左半部分時，滾筒由下中部開槽，由右向左、由下向上，循環(huán)往復截割，隨后截割右半部分，滾筒由下中部開槽，由左向右、由下向上截割（截割路線圖如圖2 所示）。

3 工程應用效果

81107 工作面走向高抽巷施工期間，綜合應用上述技術后，杜絕了巷道兩幫超挖欠挖現(xiàn)象，歷次工程質量監(jiān)測中選測段巷道頂?shù)紫鄬ξ灰屏俊㈨敯逑鲁亮?、底鼓量、巷幫位移量、錨固質量均符合標準化巷道相關要求，且巷道無復修、補修現(xiàn)象。統(tǒng)計可知，巷道掘進作業(yè)中每工序割運煤耗時從76.2 min 降低到68.4 min，調機耗時從18.3 min 降低到16.1 min，頂板支護耗時從105 min 降低到93 min，掘進效率由11.4%提高到13.6%。整體巷道工程僅用6 個月就完成，實現(xiàn)了最快進尺14.4 m 的礦井日進尺記錄。

圖2 掘進機截割路線圖

4 結語

通過在81107 工作面走向高抽巷研究和應用快速掘進技術，實現(xiàn)了該巷道的安全快速掘進，同時提升了施工隊伍安全快速掘進專業(yè)技術水平和相關技能，為礦井和其他礦井類似巷道的安全快速掘進提供了重要的參考。