煤礦巷道掘錨一體化快速掘進技術分析

馬勁雷

（平頂山天安煤業股份有限公司五礦，河南 平頂山 467000）

一、煤礦巷道掘錨一體化概述

現階段綜掘施工的方式有錨桿鉆機+連續采煤機、單體錨桿鉆機+掘進機、掘錨一體化機組。其中，錨桿鉆機+連續采煤機支護技術易受到地質條件的制約，當掘進過程中頂板破碎時，需要短掘快支護的方式，制約著巷道掘進速度;單體錨桿鉆機+掘進機支護技術的輔助作業時間較長、巷道單進水平低、工人勞動強度大、掘進和支護作業分離，致使巷道掘進速度慢;掘錨一體化機組支護技術不需要撤離掘進機，就能完成支護作業，控制了圍巖變形，適用于頂板較為破碎的地質條件，減少了輔助作業時間，改善了煤巷的頂板環境。因此，采用掘錨機進行巷道支護，推動了掘錨一體化圍巖控制的技術發展，實現了割煤和錨桿支護的平行作業，提高了巷道的掘進速度。

二、巷道工程概況

某煤礦共有可采煤層3 層，即2#、10#、11#，2-504 工作面開采上部的2#煤層，厚度4.07m，該礦2-504 工作面運輸巷設計斷面19m2，巷寬5m，巷高3.8m。煤層偽頂不發育，直接頂為泥巖、砂質泥巖，中上部夾一層煤線，厚度2～6m，平均3.8m，老頂為中粒砂巖，厚度3～10m，直接底為3m 厚泥巖，老底為中粒砂巖，厚度約2.5m。

三、煤巷掘進工藝

（一）掘錨一體化技術

實踐證明，采用上述巷道支護方案能夠滿足巷道的支護要求。為進一步提高支護效率，決定采用掘錨一體化技術。本次采用EBZ220 掘錨一體機進行巷道支護。該設備是在原掘進機基礎上安裝錨護裝置，在不改變其結構的同時完成掘進、錨護一體化功能。該設備能夠在掘進過程中進行機械化支護，從而提高支護速度，既實現了前探梁支護和錨桿施工的機械化作業，降低了勞動強度，同時提高安全性，進而提高掘進效率。

（二）煤巷快速掘進技術

掘進工藝對煤巷掘進速度影響顯著。懸臂式綜掘機在掘進作業過程中，需要司機進行操控，其截割路線和速度往往由工作經驗決定。因此，容易出現滾筒重復走線、超挖或欠挖及巷道成型差等；并可能增加頂幫部擾動次數，影響空頂區域圍巖的穩定性，降低掘進效率。因此，可以對綜掘機截割路徑進行優化和固化，并確定施工流程，從而提高作業速度和巷道成型質量。1）截割路徑設計通過對煤體工程力學及現場實際截割情況進行分析，設計了基于標準斷面的煤巷S 型截割軌跡，以矩形斷面對其進行描述，即從巷道左下側開始按照滾筒直徑對斷面煤體自下而上進行往復截割，呈現連續的S 型；整體巷道斷面施工完成后，在巷道兩側分別從上至下進行幫部修整，從而完成巷道整體掘進作業。2）施工流程綜掘機S 型截割工藝施工流程為：①清理作業場地：巷道施工前，利用綜掘機鏟板清掃正頭浮煤（巖），若底板存在煤（巖）體凸起，開啟截割頭進行平整作業，清理施工場所；②縱向進刀：調整綜掘機位置，在正頭左下角進刀，滾筒全部進入煤體后停刀，同時利用鏟板運煤；③橫向進刀：滾筒沿煤層底板自左至右截割，進行橫向進刀；④往復截割：當滾筒截割至右側時，上抬一定高度，進行往復截割，上抬高度由煤體截割情況進行確定，同時保證割下的煤塊大小適中；⑤以施工中線為基準，對巷道兩幫進行修整，同時清理煤炭，進行下一次循環。

（三）掘進作業工序優化

2-504 運輸巷沿頂板掘進，原掘進方式為E-BZ220 型綜掘機一次成型，人工施工錨桿和臨時支護，作業流程見圖1。

圖1 2-504 運輸巷原作業流程

為提高掘進效率，確保掘進速度，減輕勞動強度，決定對原掘進和支護工藝進行優化。即EBZ220 型掘錨一體機施工，采用S 型往復截割和機械化臨時支護、錨桿施工，工序如下：小循環施工6 根頂板錨桿，同時將兩幫錨桿施工完畢；中循環補齊肩角和底角；大循環施工頂板中部的錨索，加強頂板支護。具體流程如下：①現場交接：對設備和工作環境進行檢查；②掘進：單個小循環為2m；③施工臨時支護：人工鋪設兩幫和頂板金屬網，架設前探梁；④施工第一排錨桿孔，頂、幫部錨桿孔分別按照由中部向兩側和由上至下的順序施工，旋入并固定錨桿；⑤第二排錨桿孔施工，旋入并固定錨桿；⑥重復上述小循環至工班結束。

四、效果分析

（一）支護效果分析

本次在2-504 運輸巷布置測點，采用十字布點法利用激光測距儀對表面位移進行觀測，觀測周期為30 天，每天觀測一次，并將巷道變形情況繪制成曲線，見圖2。由曲線圖可知，在30 天的觀測期內頂底板間的最大移進量75mm；在8～10 天趨于穩定，巷道左右幫的移進量為100mm；在15 天左右趨于穩定。通過巷道變形量分析可知，在巷道頂板采用錨網索梯支護、兩幫采用錨網梯支護后，巷道變形較小，趨于穩定的時間較短，能夠滿足巷道支護要求。

圖2 巷道變形觀測結果

（二）掘進效率分析

2-504運輸巷在原掘進工藝情況下，采用“三八”制，每天完成10個循環，單循環進尺0.8～1.0m，每天掘進8～10m；在對施工工藝進行優化后，每班可完成3 個小循環，每個小循環進尺2m，單班進尺6m，每天可掘進18m。由此可見，在對掘進和支護工藝進行優化后，巷道掘進效率提升超過一倍。

結束語

1）對巷道變形量進行檢測可知，采用該方案后頂底板最大移進量為75mm，兩幫最大移進量為100mm，巷道變形較小，能夠滿足支護要求。2）采用掘錨一體化技術，并對綜掘機截割路徑進行固化，優化施工流程，巷道掘進效率提升一倍。3）掘錨一體化施工能夠降低施工成本，加快施工速度，減少工人勞動強度，可有效提高掘進速度，同時保證施工安全。該技術可在相似地質條件的工作面進行推廣。