巷道掘進(jìn)中錨桿支護(hù)優(yōu)化技術(shù)的研究

劉 陽(yáng)

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉華宮礦，山西 大同 037016）

引言

巷道快速掘進(jìn)成巷是關(guān)系著煤礦安全生產(chǎn)的重要因素，盡管近些年來(lái)巷道掘進(jìn)作業(yè)的機(jī)械化水平有所提高，但是由于在施工作業(yè)中掘進(jìn)與支護(hù)這兩個(gè)工序是相互分離的，導(dǎo)致巷道掘進(jìn)效率低，影響著巷道的快速掘進(jìn)[1]，且其中錨桿支護(hù)時(shí)間占成巷時(shí)間的比例過大，這也是嚴(yán)重制約巷道快速掘進(jìn)的主要原因[2]。本文通過研究在巷道僅有頂部錨桿支護(hù)的前提下，監(jiān)測(cè)巷道圍巖的變形情況，進(jìn)而提出巷道錨桿分次支護(hù)的優(yōu)化方法，將掘進(jìn)作業(yè)與幫部錨桿支護(hù)作業(yè)進(jìn)行有效融合，大幅縮短錨桿支護(hù)在巷道成巷中的時(shí)間，不僅能保證煤礦巷道開挖的安全，且可達(dá)到快速成巷，提高煤礦作業(yè)的高產(chǎn)、高效等目的。

1 錨桿分次支護(hù)優(yōu)化技術(shù)的介紹

傳統(tǒng)的巷道錨桿支護(hù)技術(shù)，是在巷道掘進(jìn)機(jī)開挖至一定深度后，掘進(jìn)機(jī)退出并停止工作，緊接著在剛完成掘進(jìn)面的頂部和幫部支護(hù)所有的錨桿，其中的掘進(jìn)與支護(hù)作業(yè)是相互分離的[3]。而錨桿分次支護(hù)優(yōu)化技術(shù)關(guān)鍵在于改變?cè)纫淮纬上镏ёo(hù)的作業(yè)模式，即先在支護(hù)斷面上進(jìn)行頂部錨桿的支護(hù)，隨后隨巷道掘進(jìn)作業(yè)的同時(shí)再進(jìn)行幫部錨桿的支護(hù)。具體是，當(dāng)巷道開挖時(shí)，掘進(jìn)機(jī)沿掘進(jìn)方向完成一個(gè)開采周期后，掘進(jìn)機(jī)后退并停機(jī)，利用錨桿機(jī)在頂部支護(hù)一定數(shù)量的錨桿，其中支護(hù)是由外向掘進(jìn)頭方向支護(hù)并緊跟掘進(jìn)面；緊接著，掘進(jìn)機(jī)繼續(xù)前進(jìn)并進(jìn)入下一掘進(jìn)循環(huán)周期，再在其頂部支護(hù)一定數(shù)量的錨桿，以此循環(huán)推進(jìn)；而幫部錨桿的支護(hù)是在滯后掘進(jìn)面一定距離后，隨前方巷道掘進(jìn)的同時(shí)，進(jìn)行后方幫部錨桿的支護(hù)[4]，從而減少部分錨桿支護(hù)在巷道掘進(jìn)中的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)成巷。

2 錨桿分次支護(hù)優(yōu)化技術(shù)的工藝流程

本文以某礦為研究對(duì)象，頂部錨桿支護(hù)的具體工藝流程為：先掘進(jìn)2.5 m（一個(gè)循環(huán)周期）時(shí)，在該掘進(jìn)面巷道頂部的中央位置處支護(hù)2根錨桿，支護(hù)3排；在下一掘進(jìn)面同樣的位置處支護(hù)2根錨桿，支護(hù)3排，另外還要在該支護(hù)錨桿位置處的兩旁再各支護(hù)1根錨桿，排數(shù)一樣，以此循環(huán)推進(jìn)，完成后續(xù)掘進(jìn)面頂部錨桿的支護(hù)。另外，本文中的幫部錨桿支護(hù)是在滯后距掘進(jìn)面21 m時(shí)進(jìn)行的?？傮w支護(hù)布置示意圖如圖1所示。

圖1 總體支護(hù)布置示意圖（單位：mm）

3 錨桿分次支護(hù)優(yōu)化技術(shù)的分析研究

為便于研究分析，本文頂部錨桿支護(hù)采用的參數(shù)均相同。通過2中的描述可知：在距掘進(jìn)點(diǎn)0~2.5 m的范圍內(nèi)，錨桿支護(hù)根數(shù)為2，排數(shù)為3；在3.5~7.5 m范圍內(nèi)，根數(shù)為4，排數(shù)為5；在8.5~10.5 m范圍內(nèi)，根數(shù)為6，排數(shù)為3。由于在進(jìn)行幫部錨桿支護(hù)時(shí)，滯后掘進(jìn)面的距離21 m大于10.5 m，因此，本文主要是研究在頂部錨桿支護(hù)后，而幫部錨桿還未支護(hù)的前提下，監(jiān)測(cè)距掘進(jìn)起始點(diǎn)2.5 m、7.5 m、10.5 m共三處位置下巷道圍巖的變形情況，得到如下頁(yè)圖2、圖3、圖4所示的模擬云圖。

圖2 距掘進(jìn)面2.5 m處的變形（mm）情況

圖3 距掘進(jìn)面7.5 m處的變形（mm）情況

圖4 距掘進(jìn)面10.5 m處的變形（mm）情況

由圖2可知，距掘進(jìn)面2.5 m斷面處，巷道圍巖豎向最大位移約5.4 mm，沿縱向變形量約0.16%；水平最大位移約2.2 mm，沿橫向變形量約0.04%。從圖中可以看出，開挖斷面僅在頂部錨桿支護(hù)下，巷道圍巖產(chǎn)生了一定的變形，但變形量很小，表明通過僅在頂部支護(hù)一定數(shù)量的錨桿，可保證煤礦巷道頂板的穩(wěn)定。

由圖3可知，距掘進(jìn)面7.5 m斷面處，巷道圍巖豎向最大位移約9.4 mm，沿縱向變形量約0.27%；水平最大位移約4.2 mm，沿橫向變形量約0.08%。由圖2和圖3對(duì)比可知，隨巷道的開挖掘進(jìn)，圍巖變形在逐漸增大，但都很小，表明隨頂部錨桿支護(hù)數(shù)量的增加，圍巖變形仍在可控范圍內(nèi)，能達(dá)到繼續(xù)保證巷道頂板穩(wěn)定的目的。

由圖4可知，距掘進(jìn)面10.5 m斷面處，巷道圍巖豎向最大位移約14.6 mm，沿縱向變形量約0.41%；水平最大位移約9.3 mm，沿橫向變形量約0.17%。對(duì)比圖2、圖3、圖4可知，隨著開挖掘進(jìn)面距離的增大，巷道圍巖豎向和水平位移變形也逐漸增大，且在越遠(yuǎn)離掘進(jìn)起始點(diǎn)處，圍巖的變形最大，但變形值都較小，且均都在可控的范圍之內(nèi)。綜合可得出，在巷道掘進(jìn)過程中，采用錨桿分次支護(hù)優(yōu)化技術(shù)，可保護(hù)巷道穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)前方巷道掘進(jìn)開挖和后方幫部錨桿支護(hù)的同步進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)巷道快速成巷。

4 結(jié)論

1）隨著開挖掘進(jìn)面距離的增大，巷道圍巖豎向和水平位移變形也逐漸增大，且在越遠(yuǎn)離掘進(jìn)起始點(diǎn)處，圍巖的變形最大，但變形值都較小，且均都在可控的范圍之內(nèi)。

2）采用錨桿分次支護(hù)優(yōu)化技術(shù)，可將掘進(jìn)與幫部錨桿支護(hù)作業(yè)進(jìn)行有效融合，從而減少部分錨桿在巷道掘進(jìn)中支護(hù)的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)成巷。