大傾角綜掘巷道快速掘進(jìn)及支護(hù)優(yōu)化研究

劉雁明

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)地煤公司精通興旺煤業(yè)， 山西 大同 037000）

引言

對(duì)晉能控股煤業(yè)集團(tuán)某煤礦進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該煤礦掘進(jìn)巷道的坡度值平均為22°左右，一般情況下，礦井采用炮掘的形式來(lái)進(jìn)行作業(yè)，針對(duì)3 號(hào)煤層膠帶巷作業(yè)時(shí)，更改為機(jī)掘的方式來(lái)進(jìn)行。采用優(yōu)化施工工藝措施，整個(gè)作業(yè)時(shí)長(zhǎng)18 d，實(shí)現(xiàn)200 m 的大坡段掘進(jìn)，且作業(yè)時(shí)長(zhǎng)大幅降低，達(dá)到高效且安全的目的。

1 晉能控股煤業(yè)集團(tuán)某礦概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)某礦主要針對(duì)3 號(hào)煤層的開采，3 號(hào)煤層頂?shù)装遒|(zhì)地為泥巖或砂質(zhì)泥巖，煤層的厚度約為5.59 m。通過對(duì)膠帶大巷進(jìn)行作業(yè)時(shí)，當(dāng)達(dá)到+416 m 時(shí)，出現(xiàn)正斷層。對(duì)膠帶大巷的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)查可知，該巷寬度和高度分別為4 200 mm 和2 800 mm，斷面面積 14.6 m2。

2 施工步驟及相應(yīng)措施

2.1 前期準(zhǔn)備

面對(duì)膠帶大巷的順槽處進(jìn)行挑頂，設(shè)定的長(zhǎng)、寬、深分別為5 000 mm、4 000 mm、1 400 mm，并且應(yīng)該滿足高度在5 200 mm 以上。在相同情況下，需要在挑頂下設(shè)立工作盤，工作盤是由圓木柱構(gòu)成，采用的圓木柱直徑和長(zhǎng)度分別為300 mm 和6 000 mm，設(shè)立的工作盤高為2 200 mm，并且需要在工作盤上開設(shè)漏煤口，增設(shè)一個(gè)金屬網(wǎng)，位于巷幫和工作盤之間，如圖1所示。對(duì)工作盤的建設(shè)工作結(jié)束后，需要底板處進(jìn)行絞車酮室的布置，距離底板2 500 mm 處的位置，絞車酮室內(nèi)需要在增加耙?guī)r機(jī)，其主要的作用就是方便出煤，且需要在工作盤上能夠承受3 mm 厚鋼板[1]。

圖1 掘進(jìn)施工剖面圖（單位：mm）

2.2 機(jī)掘工藝

掘進(jìn)機(jī)選用的型號(hào)為EBZ200H，并結(jié)合帶式輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)完成出矸任務(wù)，每次掘進(jìn)6 m 需要對(duì)帶式輸送機(jī)機(jī)尾的位置進(jìn)行改變。

掘進(jìn)設(shè)備采用先中間后四周、自上而下的工作形式進(jìn)行。使得截割頭在工作面下方開始進(jìn)刀，當(dāng)?shù)竭_(dá)迎頭巖壁時(shí)，應(yīng)該將截割電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)，在每次進(jìn)刀一個(gè)滾筒直徑的長(zhǎng)度時(shí)，需要對(duì)手柄進(jìn)行油缸控制一次，確保截割頭能夠正常作業(yè)到另一側(cè)，且向下進(jìn)行一個(gè)滾筒直徑的長(zhǎng)度，結(jié)束掏槽切割任務(wù)。切割過程中，每次的進(jìn)刀深度和每班進(jìn)尺分別為0.7 m 和2.4 m。若巖石沒有破碎，需要將進(jìn)尺提升至3.5 m。架設(shè)在進(jìn)行作業(yè)時(shí)遇到巖石的硬度高于8 時(shí)，需要使用放震動(dòng)炮的方式提前進(jìn)行對(duì)巖石預(yù)裂處理，再開始機(jī)掘。在放震動(dòng)炮的過程中，需要提前保證掘進(jìn)設(shè)備遠(yuǎn)離工作面15 m 的距離處進(jìn)行，且應(yīng)該采用舊膠帶和道木防護(hù)，之后需要開始清煤和整形的流程，以上流程反復(fù)進(jìn)行，等到能夠全部割完煤后，掘進(jìn)設(shè)備應(yīng)該關(guān)機(jī)并退出[2]。

2.3 巷道支護(hù)

在掘進(jìn)任務(wù)之后，應(yīng)該在短時(shí)間內(nèi)實(shí)行巷道支護(hù)操作，噴漿離工作面的距離不高于40 m 左右。

采用氣腿式風(fēng)鉆和風(fēng)動(dòng)錨桿機(jī)進(jìn)行作業(yè)，在頂部錨索和錨桿打孔，掘進(jìn)時(shí)需要嚴(yán)格考慮對(duì)巷道高度參數(shù)的調(diào)整，不能出現(xiàn)過高或者是過低的現(xiàn)象，如圖2所示為具體的施工工藝。

圖2 機(jī)掘施工工藝（單位：mm）

對(duì)巷道調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其斷面寬度為4 200 mm，每排設(shè)計(jì)4 根鋼錨桿，且每根桿之間的排間距為700 mm、900 mm，通過螺帽和墊片進(jìn)行擰緊。在進(jìn)行打眼操作時(shí)，需要提前采用1.2 m 短鉆桿和2.4 m 長(zhǎng)鉆桿依次進(jìn)行，兩幫錨桿和頂部錨桿孔深分別為1 900 mm 和2 300 mm。錨固過程中，對(duì)每個(gè)錨桿孔采用樹脂藥卷，且應(yīng)該保證預(yù)緊力大于100 N·m，兩幫錨桿和頂部錨桿的錨固力分別為60 kN 和70 kN 以上。

2.4 輔助運(yùn)輸

在掘進(jìn)作業(yè)過程中，一般是由耙矸機(jī)產(chǎn)生矸石，在通過帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸至排矸口。采用帶式運(yùn)輸機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于運(yùn)輸過程效率高，不會(huì)出現(xiàn)阻礙排矸的現(xiàn)象，所以，在進(jìn)行排矸作業(yè)時(shí)主要影響因素是在排矸口排矸不徹底。在進(jìn)行原炮掘作業(yè)時(shí)，因?yàn)檫^程中掘進(jìn)進(jìn)尺量小，排矸工作可以在矸石轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)下進(jìn)行，然而，當(dāng)更改綜掘的方式進(jìn)行作業(yè)時(shí)，矸石的產(chǎn)量明顯上升，據(jù)統(tǒng)計(jì)為之前的50%，之前所使用的矸石轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)已經(jīng)不能夠滿足要求。面對(duì)這一現(xiàn)象，確保在矸石運(yùn)輸過程中能夠減小對(duì)巷道作業(yè)的影響，需要在排矸口構(gòu)建梭車和臨時(shí)矸石倉(cāng)，其主要目的是能夠?qū)o(wú)法儲(chǔ)存的矸石進(jìn)行儲(chǔ)存，以便于大大提高轉(zhuǎn)運(yùn)的效率，減少矸石轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)掘進(jìn)作業(yè)產(chǎn)生重大的影響。

對(duì)排矸系統(tǒng)進(jìn)行布置，并且要設(shè)立獨(dú)立的矸石倉(cāng)，其目的就是能夠?qū)崿F(xiàn)排矸作業(yè)的連續(xù)進(jìn)行，排矸倉(cāng)用于將矸石進(jìn)行緩存，從而能夠?yàn)榕彭纷鳂I(yè)提供一個(gè)良好的環(huán)境，減小煤矸混運(yùn)，增加煤質(zhì)。

2.5 施工組織優(yōu)化

根據(jù)現(xiàn)在的情況，大部分巷道掘進(jìn)作業(yè)使用的是“三八制”方案，當(dāng)巷道結(jié)束作業(yè)后需要在短時(shí)間內(nèi)打設(shè)錨桿、錨索，這樣做的優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)⒅ёo(hù)占用充足的時(shí)間，原施工組織流程圖如圖3 所示。

圖3 原施工組織安排流程示意圖

確保能夠在掘進(jìn)中實(shí)現(xiàn)高效作業(yè)，需要對(duì)掘進(jìn)作業(yè)的每一個(gè)流程進(jìn)行控制，盡可能達(dá)到平行工作的目的。巷道大多是以巖石巷道的形式出現(xiàn)，圍巖一般情況下都是賦存比較穩(wěn)定，且具有很好的承載性，此外，在進(jìn)行綜掘作業(yè)時(shí)，對(duì)圍巖產(chǎn)生的影響較小，所以應(yīng)該在離作業(yè)面一定長(zhǎng)度后再進(jìn)行巷道支護(hù)。具體優(yōu)化措施為：綜掘機(jī)完成破巖作業(yè)后對(duì)巷道拱頂及時(shí)鋪完并布設(shè)錨桿進(jìn)行支護(hù)，金屬網(wǎng)和巷幫支護(hù)錨桿建設(shè)應(yīng)該距離作業(yè)面8 m 左右進(jìn)行，確保支護(hù)錨索和錨桿能夠在同時(shí)間進(jìn)行。在這種情況下，巷幫錨索、巷道掘進(jìn)滿足了能夠在同一時(shí)間進(jìn)行作業(yè)的要求，一定程度上避免了支護(hù)作業(yè)對(duì)掘進(jìn)的負(fù)面效果[3]。

2.6 鉆場(chǎng)施工優(yōu)化

為了能夠有效解決煤層存在的瓦斯以及實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)面及時(shí)的排水工作，應(yīng)該選擇在巷道內(nèi)進(jìn)行構(gòu)建鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)以60 m 的間隔形成，鉆場(chǎng)的寬和深分別為8 m 和10 m，通過矩形斷面方式。因?yàn)閭鹘y(tǒng)鉆場(chǎng)大多數(shù)是以炮掘的方式，在作業(yè)的過程中需要將周邊的工作人員撤出，因此導(dǎo)致了作業(yè)效率低。針對(duì)該問題進(jìn)行分析研究，最終采用綜掘機(jī)斜切的措施來(lái)進(jìn)行，結(jié)果顯示能夠有效地代替?zhèn)鹘y(tǒng)的炮掘施工，圖4 為鉆場(chǎng)掘進(jìn)施工示意圖。該措施使巷道掘進(jìn)和鉆場(chǎng)掘進(jìn)可以實(shí)現(xiàn)在同一時(shí)間段進(jìn)行。

圖4 鉆場(chǎng)掘進(jìn)施工示意圖（單位：mm）

3 應(yīng)用效果

在進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，采用優(yōu)化后的支護(hù)方案進(jìn)行分析能夠避免掘進(jìn)機(jī)在作業(yè)過程中出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。對(duì)巷道安裝頂板離層儀，其作用是能夠監(jiān)測(cè)對(duì)不同時(shí)刻頂板離層的狀態(tài)，如圖5 所示為監(jiān)測(cè)后的結(jié)果。

圖5 頂板離層量

4 結(jié)語(yǔ)

由于大傾角綜掘作業(yè)效率低，通過對(duì)煤礦的周圍地質(zhì)進(jìn)行勘探和分析后，優(yōu)化和修改作業(yè)工藝和支護(hù)措施，避免掘進(jìn)機(jī)在作業(yè)過程中出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。在離工作面200 m 左右處，可以發(fā)現(xiàn)頂板深部離層量在7 mm 左右波動(dòng)，淺部的離層量在3 mm 左右波動(dòng)，掘進(jìn)速度平均為16 m/d。

（編輯：王慧芳）