綜掘巖巷掘進工藝優化實踐

郝 勇

（長治三元中能煤業有限公司，山西 長治 046600）

隨綜采技術快速發展，回采工作面推進速度顯著提升，采掘接替緊張局面更為凸顯[1-2]。特別是開采的煤層受到水、瓦斯等影響礦井，由于疏排水、瓦斯抽采等占據大量時間，會進一步延緩采面生產時間[3]。如何提升巷道掘進效率成為礦井生產時需要解決的現實問題。山西長治三元煤礦巖巷掘進一般采用炮掘方式，月進尺為90～120 m，不能滿足礦井高效生產，后改為綜掘方式時掘進進尺也僅為150 m/月，為此需要對巷道掘進工藝進行優化，提高巷道掘進效率。

1 工程概況

長治三元煤礦開采的5#煤具有突出危險性，開采范圍內水文地質條件復雜，受瓦斯治理、疏排水工作影響，礦井采掘接替局面十分緊張，預計將有至少3 個月時間無采面可采。由于5#煤層為礦井首采工作面，瓦斯治理均是通過掘進底板瓦斯抽放巷實現，前期巷道掘進一般采用炮掘方式，掘進進尺無法滿足生產需要。為提高巷道掘進效率，礦井先后購置多臺EBZ318 綜掘機代替炮掘。

現階段6 采區軌道運輸上山沿著5#底板下方15 m 位置的砂質泥巖中掘進，巷道頂底板圍巖均為砂質泥巖，軌道運輸上山頂底板巖性見表1。軌道運輸上山掘進斷面為半圓拱形（凈斷面積19.4 m2），但是受矸石運輸、勞動組織以及災害治理等限制，EBZ318 綜掘機投入使用后巷道掘進進尺并未明顯提升，巷道掘進進尺穩定在150 m/月水平，未能充分發揮綜掘設備效率。

表1 軌道運輸上山頂底板巖性

2 掘進工藝優化

巷道采用EBZ318 綜掘機后掘進進尺未能顯著增加，分析主要是掘進管理、矸石運輸以及巷道支護等方面影響。為此，從施工組織、掘進工藝、巷道支護以及矸石運輸等方面對掘進工藝進行優化。

2.1 施工組織

現階段巷道掘進按照“三八制”施工，巷道掘進完成后即掛金屬網、打錨桿及錨索對圍巖進行支護，巷道支護占據大量的掘進時間。具體各環節安排如圖1。

圖1 原施工組織安排

為了最大程度實現掘進各環節平行操作，需要對施工組織進行優化。由于巷道為巖層巷道，圍巖為賦存較為穩定的砂質泥巖，承載能力相對較強，加之綜掘掘進對圍巖擾動顯著小于炮掘方式，因此將巷幫及錨索支護滯后掘進工作面一段距離施工。具體優化后的施工組織形式為：綜掘機破巖后及時對巷道拱頂及時鋪網、打錨桿支護，巷幫金屬網、錨桿滯后掘進迎頭25 m 施工，錨索滯后掘進迎頭50 m 施工。通過施工優化實現巷道掘進、巷幫支護及錨索施工平行作業，減少支護對掘進影響。

2.2 優化鉆場施工

為了實現5#煤層瓦斯治理及疏排水工作高效開展，在6 采區軌道運輸上山每間隔60 m 布置一鉆場，鉆孔深度10 m，寬度8 m，矩形斷面。以往鉆場掘進采用炮掘方式，掘進時需要回撤巷道內作業人員，從而在一定程度上影響掘進效率提升。

通過分析以往研究成果并借鑒其他礦井經驗[4-7]，提出采用綜掘機斜切進刀方式直接破巖掘進鉆場，具體如圖2。通過綜掘機切斜進刀實現鉆場、巷道掘進同步開展。由于采用斜切進刀方式鉆進鉆場時頂板懸露面積較大，因此，此方式僅適用于頂板較完整情況。當頂板裂隙發育或者預掘進鉆場附近有地質構造時可先垮過此鉆場，待巷道掘進到位后再采用炮掘方式施工鉆場。

圖2 鉆場掘進示意圖

2.3 支護設計優化

巷道支護采用錨網索噴支護方式，具體錨桿為Ф22 mm×2400 mm，間排距為800 mm×800 mm，金屬網為菱形金屬網；錨索規格為Ф18.6 mm×6300 mm，排距為1600 mm，巷幫及頂板各布置一個。

為了降低巷道圍巖支護耗時，可在確保圍巖穩定前提下降低巷道支護參數。當圍巖完整時將頂板錨桿間排距由800 mm×800 mm 更改為900 mm×900 mm，巷幫錨桿間排距由800 mm×800 mm 更改為1000 mm×1000 mm，在金屬網后方掛柔性纖維網，托盤由150 mm×1560 mm×10 mm 改為250 mm×250 mm×15 mm，并取消表面噴漿。當圍巖破碎時仍按照原有支護參數施工。優化后巷道支護參數如圖3。

圖3 優化后巷道支護參數（單位：mm）

通過對支護參數進行優化，可減少錨桿施工數量并節省噴漿占用人力資源，提高巷道掘進效率。

2.4 超前鉆探優化

由于巷道掘進時采用斜切進刀方式開挖鉆場，為了降低超前探測給巷道掘進造成的影響，將超前探測鉆孔施工點由迎頭更換至鉆場內。在鉆場內按照預先設計在掘進前方布置4 個探測鉆孔，探測鉆孔孔深均為80 m，鉆探完成后巷道允許掘進距離為60 m，有20 m 超前探測距離，超前鉆探鉆孔鉆進與巷道掘進得以平行開展。

2.5 矸石轉運優化

掘進迎頭矸石通過耙矸機、帶式輸送機運輸到排矸口。帶式輸送機運輸能力較強，不會給矸石運輸帶來不利影響，制約矸石運輸的主要問題是排矸口排矸不及時。原有的炮掘方式由于月掘進進尺較短，矸石轉運系統可滿足排矸需要，但是采用綜掘方式排矸量增加50%以上，矸石轉運系統慢負載運行仍滿足不了需要。

為降低矸石運行對巷道掘進影響，在排矸口增加布置梭車，同時布置臨時矸石倉來存儲掘進產生的矸石，并及時對矸石轉運系統進行升級改造，增加提升能力。

2.6 強化機電設備維修、保養工作

（1）強化帶式輸送機管理。對掘進巷道內的帶式輸送機、轉運帶式輸送等3 部輸送機進行定期檢修，確保輸送機始終處于完好工作狀態。掘進后及時安排人前移帶式輸送機，避免輸送機距離掘進迎頭過遠，降低排矸效率。

（2）強化綜掘設備管理。制定綜掘設備檢修目錄，在交接班時對綜掘機進行檢查，重點對截割齒、液壓系統、油位以及冷卻噴霧系統等進行檢修。當發現截割齒磨耗嚴重時及時更換；液壓體系異常及時維修；油位不足時及時加油；冷卻噴霧系統堵篩、漏水時進行疏通或者更換管路，從而最大程度確保綜掘機使用效率。

（3）強化掘進期間管理。在綜掘機掘進、破巖及排矸過程中，安排專人對綜掘機、帶式輸送機機頭等位置進行巡查，當發現有異常或者矸石堆積等問題時立即停機，避免設備損壞影響掘進。

3 結 語

（1）6 采區軌道運輸上山由炮掘方式改為綜掘方式后，巷道掘進進尺未有顯著提升，分析受掘進組織、圍巖支護、鉆場掘進以及矸石轉運等因素制約。為此，對掘進工藝進行優化。

（2）優化掘進組織方式實現巷幫、錨索支護與巷道掘進平行作業；優化鉆場施工，采用斜切方式完成鉆場鉆進，避免鉆場單獨采用炮掘對巷道掘進影響；在鉆場內施工長距離探測鉆孔實現超前探測鉆孔施工與巷道掘進同步；圍巖條件較好時增加錨桿間排距，由800 mm×800 mm 改為1000 mm×1000 mm，并通過鋪設柔性纖維網代替噴漿減少支護耗時；強化綜掘設備管理避免設備故障對掘進影響，在排矸口布置臨時矸石倉存儲矸石降低矸石轉運能力不足給掘進造成的影響。

（3）現場應用后，巷道掘進進尺由150 m/月提升至220 m/月，掘進優化取得顯著成果。