陽煤集團開元公司井下巷道掘進工藝的優化研究

劉俊杰

（陽煤集團開元公司生產技術部， 山西 壽陽 045400）

隨著科技的發展和技術水平的不斷進步，煤礦井下的綜采作業效率不斷提高，井下巷道的掘進效率逐漸成為制約煤礦綜采效率進一步提升的瓶頸[1]。本文以陽煤集團開元公司井下巷道地質情況為基礎，其9714 進風巷，長度1 360 m，寬度5 m，高度3.7 m，煤礦井下的煤層厚度在3.4～5.8 m 之間，煤層的平均厚度約為4.6 m，煤層的傾角在2.1°～11.9°之間，平均傾角約為7.1°，巷道頂板以沙巖和泥巖為主，在巷道的底部主要是以西沙巖為主，整體結構相對復雜、煤層和巖層之間穩定性較差，頂板破碎度較高，屬于易垮落頂板結構。由于該礦井下地質條件的特殊性，導致采用傳統的支護和井下掘進工藝時，存在著支護穩定性差、效率低下、掘進作業過程中頂板開放時間長，易垮落的難題，給煤礦井下的掘進作業造成了較大的櫻花，因此本文針對性的提出了巷道掘進優化方案，通過掘進機截割工藝優化、多工序平行作業工序優化、機載臨時支護優化等，建立了一套適應于該礦特殊地質條件的掘進新工藝，根據在陽煤集團開元公司的實際應表明，優化后極大的提升了巷道掘進速度，對提升煤礦綜采作業安全性和經濟性具有極大的作用。

1 巷道掘進工藝的優化研究

隨著綜采作業的進行，煤礦井下巷道的掘進深度和難度不斷的增加，而且掘進深度越大巷道圍巖的不穩定性和應力多變性就越突出[2]，因此需要根據煤礦井下的實際地質情況選擇合適的掘進工藝方案，才能最大限度的降低對圍巖穩定性的影響，減少施工作業時間，提高井下巷道的掘進效率和掘進質量。根據陽煤集團開元公司井下的實際情況，本文提出了以下掘進施工工藝。

1.1 掘進機截割工藝優化

由于井下巷道頂板結構完整性差，在按照成熟的中心進刀、四周拓展的掘進工藝進行時極易出現頂板的垮塌，不僅影響巷道掘進質量而且對井下掘進作業人員的安全造成了較大的隱患。在經過對巷道頂板結構應力變化情況長期監測和驗證的基礎上，提出了一種跨越式截割的掘進截割新技術，其在進行掘進作業時將掘進面分為兩個部分，首先對頂板圍巖破碎度高的一側進行截割（截割寬度占掘進面的1/3），然后再對另一側的部分進行截割，這樣能夠有效的減少掘進作業過程中的空頂時間，減少頂板的垮落，顯著提升掘進穩定性和安全性，其結構路徑結構如圖1 所示。

圖1 井下掘進截割路徑示意圖

1.2 多工序平行作業

由于煤礦井下巷道的支護作業所占用的時間占據了巷道掘進作業總時間的50%以上，若按常規的順序作業的方式，完全無法縮短井下的綜采作業時間，因此本文結合掘進作業時的全工序要求，對各個工序的開展周期、開展要求等進行充分分析的基礎上，提出了多工序平行作業的掘進技術方案。為了在確保支護安全和穩定性的基礎上最大限度的縮短支護作業時間，在經過多次驗證后本文采用了一種滯后迎頭一段距離的弱化支護時間方案[3]，該方案的核心在于對頂板和巷道的兩個頂角位置設置錨桿，對最容易受力失穩的兩個部分進行支護，然后沿著掘進作業面將錨桿設置在距離迎頭約為20 m 的位置，且該部分錨桿在掘進機掘進后安裝，不影響正常的掘進作業，通過該支護方案能夠極大的降低永久支護所需的時間，實現了與掘進機的同步作業，錨桿支護時間縮短了50%以上。并且在支護的過程中可以同步對皮帶機檢修、掘進機維護等進行同步作業，各開展同步作業的工序如圖2 所示。

圖2 多工序平行作業示意圖

2 機載臨時支護方案

掘進機在進行掘進作業時，井下巷道的臨時支護多采用單項立柱支護，該支護方式工藝復雜、支護強度低，無法抵御大范圍的沖擊地壓的影響，使煤礦頂板易發生破碎，嚴重者甚至發生冒頂事故，嚴重影響了井下掘進安全和效率。因此為了提升井下臨時支護的可靠性，降低臨時支護作業周期，本文提出了一種新的記載臨時支護方案。

機載臨時支護的核心是設置一組機載前探梁[4]，在進行探梁設置時為了確保安全，該前探梁以長度為4 500 mm，直徑為80 mm 的鋼管構成，前探梁和巷道頂網之間要采用木板支護，木板的規格可采用1 600 mm×20 mm×20 mm，確保各木板之間連接的嚴密性，該臨時支護方案的優點在于很好的克服了傳統的支護效率低、穩定性差的難題，能夠和多工序平行作業相結合，與傳統的支護方式相比，該機載臨時支護方案可將支護效率提升17%以上，機載前探梁的截割如圖3 所示。

圖3 機載前探梁結構示意圖

3 結論

針對陽煤集團開元公司9714 進風巷巷道地質條件差、支護穩定性差、效率低下、掘進作業過程中頂板開放時間長，易垮落的難題，本文針對性的提出了掘進機截割工藝優化、多工序平行作業工序優化、機載臨時支護優化方案，建立了一套適應于該礦特殊地質條件的掘進新工藝，根據研究表明：

1）針對頂板易碎巷道，應先對頂板圍巖破碎度高的一側進行截割，然后再對另一側的部分進行截割，這樣能夠有效的減少掘進作業過程中的空頂時間，減少頂板的垮落，顯著提升掘進穩定性和安全性。

2）滯后迎頭一段距離的弱化支護時間方案能夠極大的降低永久支護所需的時間，實現了與掘進機的同步作業，錨桿支護時間縮短了50%以上。并且在支護的過程中可以同步對皮帶機檢修、掘進機維護等進行同步作業。

3）與傳統的支護方式相比，機載臨時支護方案可將支護效率提升17%以上，且支護穩定性和可靠性均比傳統臨時支護方案有顯著的提升。