煤礦綜采面切眼大斷面巷道掘進(jìn)技術(shù)研究

＊李 坤

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司同家梁礦 山西 037003）

前言

當(dāng)前由于我國(guó)加大對(duì)煤礦井下采煤技術(shù)的改革力度，對(duì)井下設(shè)備進(jìn)行不同程度的革新，從而極大的提高了井下設(shè)備的自動(dòng)化程度。為了能夠更好地適應(yīng)井下的工程需要，從而必須增加綜采工作面的切眼斷面的尺寸，同時(shí)需要加密支護(hù)進(jìn)而提高巷道綜采作業(yè)的穩(wěn)定性。對(duì)于傳統(tǒng)的切眼施工技術(shù)而言，首先，要進(jìn)行切眼斷面掘進(jìn)工作，其次，對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行控制，將掘進(jìn)機(jī)送到掘進(jìn)面入口位置。由于在大斷面掘進(jìn)機(jī)施工時(shí)，該方式對(duì)掘進(jìn)機(jī)要求較高，必須對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行反復(fù)的調(diào)整。由于采用掘進(jìn)以及支護(hù)作業(yè)的過(guò)程中，需要對(duì)掘進(jìn)面進(jìn)行兩次浮煤清理，因此降低了巷道掘進(jìn)機(jī)的效率。假如在大斷面位置并未進(jìn)行實(shí)施支護(hù)，那么在進(jìn)行擴(kuò)幫時(shí)，將導(dǎo)致因掘進(jìn)擾動(dòng)而出現(xiàn)塌方，最終對(duì)煤礦井下巷道效率產(chǎn)生影響。

對(duì)綜采工作面掘進(jìn)需要進(jìn)行實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，制定一套新的切眼大斷面掘進(jìn)方案，首先實(shí)施一體化支護(hù)方案，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)作業(yè)面的支護(hù)，同時(shí)需要對(duì)掘進(jìn)工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而能夠有效地提高巷道掘進(jìn)的工作效率。經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)該方案能夠提高掘進(jìn)工作面的工作效率，數(shù)據(jù)達(dá)到34.6%，由此可以看出極大的提高了掘進(jìn)巷道的工作效率以及安全性。

1.一次成巷技術(shù)優(yōu)化

選擇的參考對(duì)象某掘進(jìn)工作面煤層厚度可以達(dá)到4.7m，傾斜角度可以的達(dá)到4.6°，而工作面長(zhǎng)度可以達(dá)到220m，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)斷面位置的截面約為14.95m2，相應(yīng)的切眼斷面的高度可以達(dá)到2.6m。對(duì)于傳統(tǒng)一次成巷技術(shù)而言，需要采用人工炮掘開口，該形式效率不高，同時(shí)極具危險(xiǎn)性，可以選用掘進(jìn)機(jī)拐彎抹角開口的掘進(jìn)方案，在開口抹角位置設(shè)置錨索來(lái)更好的保障安全生產(chǎn)，直徑為17.8mm，長(zhǎng)度設(shè)置為6200mm的錨索配合防護(hù)網(wǎng)支護(hù)，在開始施工的過(guò)程中，可以在開口位置施工一個(gè)深6m的口子，接著選用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘出煤工作。同時(shí)需要挖掘一個(gè)橫向斷面，其寬度為4.4m，當(dāng)完成施工時(shí)借助前探梁實(shí)現(xiàn)支護(hù)保護(hù)，當(dāng)完成固定后可以對(duì)外斷面實(shí)施擴(kuò)口。在繼續(xù)開展施工的過(guò)程中，必須遵循選掘后擴(kuò)的形式進(jìn)行掘進(jìn)，這樣不僅可以有效地保護(hù)巷道掘進(jìn)的質(zhì)量，而且能夠避免因支護(hù)不及時(shí)而產(chǎn)生巷道坍塌的現(xiàn)象。

假如施工時(shí)出現(xiàn)斷層的突發(fā)事件，那么可以依據(jù)頂板的完整性而采取相應(yīng)的措施。假如頂板具有較高的完整度，那么選用正常支護(hù)的形式進(jìn)行保護(hù)。假如頂板圍巖出現(xiàn)破碎的現(xiàn)象，那么必須對(duì)當(dāng)前的施工形式進(jìn)行調(diào)整：選用大斷面進(jìn)行施工，減少一半錨桿間距以及相應(yīng)的排距，與此同時(shí)還需要對(duì)其實(shí)施錨桿與錨索支護(hù)，從而能夠大大提高支護(hù)的穩(wěn)定性。

2.大斷面一體式支護(hù)

為了更好地提高切眼斷面成巷的穩(wěn)定性，筆者對(duì)該斷面進(jìn)行深度的探究，最終提出大斷面一體式支護(hù)技術(shù)。在開始掘進(jìn)時(shí)，可以在距離切眼位置30m的范圍內(nèi)設(shè)置錨索網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，這樣可以有效地保護(hù)主體巷道的安全性，其中錨桿的直徑、長(zhǎng)度為：20mm、2m，而錨索直徑、長(zhǎng)度為：17.8mm、6.2m。對(duì)于護(hù)網(wǎng)選用雙層金屬錨網(wǎng)，其直徑選擇30mm。錨桿橫向、縱向間距分別為：0.95m、1m，對(duì)錨索間距而言，橫向、縱向間距分別為：1.9m、1m。將該布局設(shè)置在巷道中，經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，能夠極大的提高切眼斷面結(jié)構(gòu)的支撐強(qiáng)度，極大的避免工作效率，同時(shí)穩(wěn)定性較好。

在實(shí)施擴(kuò)幫時(shí)，必須對(duì)部分巷道進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，雖然傳統(tǒng)的支護(hù)形式具有加大穩(wěn)定性，可是其需要較多的工程人員，以及支護(hù)材料，當(dāng)完成支護(hù)后依然需要大量的工作人員進(jìn)行拆卸與運(yùn)料工作，由此可以看出支護(hù)以及拆卸的效率都非常低，從而不利于巷道的工作進(jìn)度。當(dāng)在切眼斷面巷道位置選用一體式支護(hù)時(shí)，大大提高了巷道頂板的穩(wěn)定性，同時(shí)可以優(yōu)化擴(kuò)幫支護(hù)強(qiáng)度。筆者選用的切眼臨時(shí)支護(hù)形式為工字鋼、梁板、鋼絲吊環(huán)進(jìn)行支護(hù)。將前探梁與三個(gè)吊環(huán)進(jìn)行配合使用。在實(shí)施支護(hù)的過(guò)程中，必須選用前探梁，接著將前探梁、板梁巷道頂板三者進(jìn)行支護(hù)保護(hù)。

在進(jìn)行支護(hù)的過(guò)程中，通常選用“邊掘邊支”的方式，與此同時(shí)最大限度的縮短支護(hù)距離，這樣可以保證掘進(jìn)與支護(hù)串行進(jìn)行同時(shí)施工，從而可以提高支護(hù)的效率。經(jīng)過(guò)實(shí)踐表明，臨時(shí)支護(hù)體的控頂距離最大距離必須小于1m，這樣不僅可以提高支護(hù)的穩(wěn)定性，而且可以提高掘進(jìn)效率。

3.巷道穩(wěn)定性監(jiān)控

為了驗(yàn)證大斷面切眼掘進(jìn)工藝工程的時(shí)效性，通過(guò)對(duì)巷道設(shè)置的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，以2處的監(jiān)測(cè)點(diǎn)為考察對(duì)象，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置三個(gè)傳感器，并將其設(shè)置在頂板經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題的位置，從而可以有效地監(jiān)測(cè)頂板離層情況，如圖1所示。

圖1 頂板離層情況監(jiān)測(cè)匯總

通過(guò)分析上圖可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)1而言，在前40d之內(nèi)并未初選頂板離層問(wèn)題，從第40d后離層量逐漸增多，最大距離可以達(dá)到1.3mm。對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)2而言，其前35d之前并未出現(xiàn)離層變化的情況，可是從35d頂板離層量逐漸增加，最大離層距離可以的達(dá)到1.5mm。對(duì)于選用新工藝之前，其頂板離層量為40mm，由此可以看出頂板離層量降低了96.3%，所以新掘進(jìn)工藝能夠有效地控制頂板離層，進(jìn)而大大提高了巷道的穩(wěn)定性。

經(jīng)過(guò)工藝優(yōu)化掘進(jìn)速度可以達(dá)到6.33m/d，其掘進(jìn)率提高了34.6%。同時(shí)通過(guò)分析掘進(jìn)狀態(tài)下頂板離層的監(jiān)控情況分析發(fā)現(xiàn)，該工藝能夠極大的提高掘進(jìn)效率。

4.結(jié)論

由于井下綜采切眼大斷面位置的支護(hù)情況比較復(fù)雜，并且經(jīng)過(guò)深度的調(diào)研提出以中國(guó)綜采工作面切眼大斷面掘進(jìn)工藝，從而大大提高了綜采效率，經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐表明其具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）在掘進(jìn)過(guò)程中，采用先掘后擴(kuò)工藝，不僅可以有效地提高掘進(jìn)質(zhì)量，而且能夠有效地防止出現(xiàn)一次掘進(jìn)后支護(hù)不到位而出現(xiàn)巷道坍塌的現(xiàn)象。

（2）該工藝不僅可以有效地縮短支護(hù)距離，而且可以有效地提高支護(hù)的可靠性。

（3）經(jīng)過(guò)比較發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)優(yōu)化后頂板離層值降低了96.3%，同時(shí)掘進(jìn)速度提高了34.6%，由此可以看出巷道掘進(jìn)工藝能夠極大的提高井下掘進(jìn)的速度。