半煤巷快速掘進施工工藝的選擇及應用效果分析

賀富杰

（晉能集團忻州有限公司，山西 忻州 034000）

1 工程概況

泰安煤業為晉能集團忻州有限公司下屬煤企，開采11號煤層，煤層自身構造相對簡單，薄煤層，緩傾斜。開展半煤巷掘進施工作業時，采用破底方式，主要是針對粉砂巖和泥巖等進行截割施工。

11102工作面運輸順槽坡度10°，巷道總長1120m，半煤巷設計長度600m。半煤巷工作面順槽標高+770～ +782m。11號煤層偽頂為0.1～0.7m的泥巖，直接頂為2～3.21m的含鈣泥巖，基本頂為4.15～4.6m的泥質粉砂巖；直接底為2.32～7.84m的泥巖。

2 半煤巷掘進施工工藝選擇

2.1 按照半煤巷的長度加以確定

半煤巖巷長度對其掘進施工工藝影響較大，當巷道長度值較短時，應用鉆孔爆破作業工藝較為合適，同時還需要配置相應的裝載機械和耙斗機械；當巷道長度值較長時，應用綜掘機械開采工藝則更為合適。該礦井半煤巷長度較長，故選擇綜掘機械開采工藝。

2.2 按照半煤巷巖石性質選擇

半煤巖巷巖石性質對掘進施工工藝也具有較大影響，當半煤巷掘進過程中，進行截割處理的巖石結構厚度較大，而且巖體的強度值較高時，適宜采用綜掘機械化開采技術，配置重型硬巖掘進機械，這樣才能確保半煤巷掘進作業的效率。并且，在半煤巷的掘進作業過程中，也可以輔助以松動爆破施工技術，輔助綜合機械化掘進作業。

根據該礦實際地質條件，選擇采用綜掘機械化開采技術，同時還需要配置重型硬巖掘進機械。

3 半煤巷快速掘進施工效果

3.1 施工效果

按照上述設計的各項作業參數，工作面順槽掘進速率較高，成巷質量同樣也得以改善。依據半煤巷作業現場的相關數據來看，半煤巷從2017年5月開展首次作業之后，到2017年8月作業完工，工期經過了90d的時間，共進行了533個循環作業，掘進的總長度達到近500m，超出了之前預設的月進度目標。在作業完成之后，巖體的塊度也相應減少，而且巖體粒徑變得更加均勻，對于裝巖施工是非常有利的。半煤巷的成巷作業也全部達到要求，優良率超過了86%，同時沒有出現欠挖現象，最大超挖值被有效控制在150mm之內。

3.2 圍巖位移監測

（1）圍巖位移監測站和監測點的設置

從半煤巷進行掘進施工作業起始，每間隔距離為30m加設監測站點，監測站點的編號分別為1#～4#，一共設置有四個監測站點。在對測點的位移進行測量過程中，采用的方法為十字交叉法，全面測量半煤巷頂板結構和兩幫結構位移量。

（2）半煤巷位移監測數據分析

由于工作面作業使用的工藝技術為傾斜長壁采煤工藝，煤層的傾斜角度值平均約為10°左右，故巷道掘進施工是沿著煤層走向開展掘進作業的，半煤巷深度值同樣也要隨著開采作業不斷進行而有所增大，各個監測站點便會存在相應垂直距離。由于煤層傾斜角相對較小，所以各個監測站點的垂直距離相對較小，這對于監測結果的影響不大。1#站點至4#站點測量的兩幫結構和頂板結構移近量數據如圖1和圖2所示。

由圖1中數據可以得出，半煤巷掘進施工的90d時間之內，兩幫結構移近量最大數值為178.5mm。從4#監測站點的現場監測數據信息可以得到，兩幫結構監測到的移近量，沿半煤巷下山方向有著不斷增加發展趨勢，但是具體增加值不大，增加值只有6mm左右。由于在采用快速掘進施工作業之前，半煤巷已完成掘進量達140m左右，而半煤巷的設計長度僅僅有600m，因此，半煤巷最深部位兩幫結構發生位移的數值也不會太大。整體上看，巷道的整個服務期限之內，基本上可以正常的應用。

由圖2中數據可以得出，半煤巷頂板結構出現形變情況下，形變速率在掘進作業開始實施之后約1月后位移速率才逐漸增加，最大的位移速率約為6.3mm/d，在經過兩個月的快速掘進作業施工之后，頂板位移速率慢慢地趨向穩定，頂板變形量最大值為150mm左右，同時圍巖的收斂相對較小。因此，從圖中可以看出，由于巷道支護應用了錨網索帶聯合支護技術，可以顯著地控制頂板結構位移，有效地改善圍巖結構強度值，確保煤炭資源開采作業更加安全與經濟。

圖1 兩幫移近量變化情況

圖2 頂板移近變化情況

4 經濟效益分析

在泰安煤業應用半煤巷快速掘進工藝方法之后，每個月的進度計算公式如下：

上式中：

N-每一天之中所完成的掘進循環次數；

M-每一月之中快速掘進作業天數，d；

L0-單次循環作業的進尺值，m。

由上式同時參考現場監測到的相關數據信息可以計算出月進度：

在采用快速掘進施工方法之后，半煤巷的掘進速率得以有效增加，由以往80m/月提升到了140m/月。由于巷道設計的總長度值是600m，開始計劃約8個月左右時間完工，而在采用了快速掘進施工技術之后，能夠確保半煤巷掘進周期減少到4.3個月左右，可以提前約4個月完工，極大地縮短了施工時間。

5 結論

本文以泰安煤業11102工作面半煤巖巷運輸順槽掘進為工程背景，對半煤巖巷快速掘進施工工藝進行設計，并驗證了該工藝的實用性和經濟性。主要結論有：

（1）11102工作面運輸順槽采用綜掘機械化開采技術，配置重型硬巖掘進機械進行半煤巖巷的快速掘進，半煤巷的成巷作業全部達到要求，優良率超過了86%，最大超挖值被有效控制在150mm之內。

（2）半煤巷快速掘進施工效果良好，頂板及兩幫變形較小，且分析經濟效益發現，采用快速掘進施工方法后，半煤巷的掘進速率得到有效增加，不僅極大地縮短了施工時間，同時也有效地提升了煤礦企業利潤。