黃陵一號(hào)煤礦快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)應(yīng)用研究

劉建純

（陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司一號(hào)煤礦，陜西 黃陵 727307）

隨著煤礦生產(chǎn)裝備和技術(shù)水平的提高，工作面采掘接替成為影響礦井生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一，而煤巷掘進(jìn)速度是其中的關(guān)鍵。影響煤巷掘進(jìn)效率的因素包括掘進(jìn)工藝、支護(hù)設(shè)備、技術(shù)水平和地質(zhì)條件等。通過對(duì)巷道掘進(jìn)和支護(hù)兩方面工藝進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)煤巷的快速掘進(jìn)[1-4]。本文基于黃陵一號(hào)煤礦1009輔運(yùn)順槽地質(zhì)條件，提出了快速掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了煤巷的快速掘進(jìn)，解決了采掘接替緊張問題。

1 工程背景

1.1 工作面地質(zhì)條件

黃陵一號(hào)煤礦1009輔運(yùn)順槽對(duì)應(yīng)地面位置位于一號(hào)煤礦四號(hào)風(fēng)井西北部，工作面對(duì)應(yīng)上部地表為低山林區(qū)和臺(tái)地，有燒火溝穿過，上覆巖層厚度為305～432 m左右。井下位置位于十盤區(qū)中部，南為1009進(jìn)風(fēng)順槽（正在掘進(jìn)），北為1010輔運(yùn)順槽（未掘進(jìn)），東接北一進(jìn)風(fēng)大巷，西鄰七盤區(qū)。1009輔運(yùn)順槽設(shè)計(jì)長度3 001.9 m，寬度5.2 m，高度3.0 m。煤層厚度1.9～2.2 m，平均煤厚2.1 m，煤層傾角1°～5°。煤層頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

1.2 1009輔運(yùn)順槽支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)1009輔運(yùn)順槽的快速掘進(jìn)與支護(hù)，巷道支護(hù)設(shè)計(jì)通過掘錨一體機(jī)進(jìn)行錨桿索支護(hù)，因此需針對(duì)巷道條件合理設(shè)計(jì)錨桿索支護(hù)參數(shù)，以配合掘進(jìn)一體機(jī)在保證安全的前提下實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)。

1009輔運(yùn)順槽采用錨桿+錨索梁+塑鋼網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。頂板錨桿選用Φ20 mm×2500 mm螺紋鋼錨桿，中間四排間排距為850 mm×1000 mm，靠巷幫兩排間排距為1000 mm×1000 mm。頂板布置錨索梁，采用“橫向梁+走向梁”的方式。橫向梁為一梁三索，錨索梁采用長度為3600 mm的T140型鋼帶加工，錨索采用Φ17.8 mm×10 300 mm防腐鋼絞線，錨索梁排距1000 mm；縱向梁為一梁四索，布置在距主幫側(cè)600 mm處，錨索梁采用T140型鋼帶，梁長3400 mm，錨索梁排距1000 mm，錨索采用規(guī)格為Φ21.8 mm×10 300 mm普通鋼絞線。幫部設(shè)計(jì)為錨桿+塑鋼網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，主幫采用Φ20 mm×2500 mm玻璃鋼錨桿支護(hù)，每排3根，間排距1000 mm×1000 mm；副幫側(cè)采用Φ20 mm×2500 mm高強(qiáng)度玻璃鋼錨桿支護(hù)，每排4根，間排距700 mm×1000 mm。頂、幫網(wǎng)均采用塑鋼網(wǎng)，網(wǎng)孔55 mm×50 mm。幫錨桿支護(hù)距正頭≤1000 mm，頂錨桿支護(hù)距正頭≤500 mm，錨索支護(hù)距離臨時(shí)支護(hù)尾部≤15 m。支護(hù)設(shè)計(jì)如圖1。

圖1 1009輔運(yùn)順槽巷道支護(hù)設(shè)計(jì)斷面圖

由于提出的支護(hù)方案是基于理論分析及經(jīng)驗(yàn)類比得到的，因此在現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)需針對(duì)實(shí)際情況及時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)參數(shù)。當(dāng)掘進(jìn)至地質(zhì)條件較差區(qū)域時(shí)，可適當(dāng)增加支護(hù)強(qiáng)度，保證生產(chǎn)安全。

2 快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)施工工藝

2.1 掘錨一體化技術(shù)

1009輔運(yùn)順槽掘進(jìn)采用激光指向儀定向，采用EBZ200M-2型掘錨機(jī)截割，采用全斷面一次成巷的施工方法沿2#煤層掘進(jìn)，采用彎曲皮帶、膠帶輸送機(jī)、電滾筒膠帶輸送機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)煤，采用掘錨機(jī)和四臂錨桿鉆車前鉆進(jìn)部施工頂錨桿（索），采用掘錨機(jī)和四臂錨桿鉆車后鉆進(jìn)部施工幫錨桿。

EBZ200M-2型掘錨機(jī)可同時(shí)完成掘進(jìn)、錨護(hù)一體化工作，能夠在巷道開始掘進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行機(jī)械化支護(hù)，提升支護(hù)速度，不僅可實(shí)現(xiàn)前探梁支護(hù)與支護(hù)施工的機(jī)械化，同時(shí)降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了人員設(shè)備，進(jìn)而提升了掘進(jìn)工作效率。EBZ220型雙錨掘進(jìn)機(jī)示意圖如圖2。

圖2 EBZ220型雙錨掘進(jìn)機(jī)示意圖

2.2 掘進(jìn)施工流程

掘進(jìn)工藝是影響巷道掘進(jìn)速度的關(guān)鍵因素。綜掘機(jī)的截割路線和速度的控制通常由司機(jī)根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)判斷，易造成截割路徑重復(fù)、超挖或欠挖及巷道成型效果不理想等，并且會(huì)增加對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù)，影響圍巖的穩(wěn)定性，威脅生產(chǎn)安全。因此，需對(duì)綜掘機(jī)截割路徑和施工流程進(jìn)行優(yōu)化，從而提高掘進(jìn)效率和巷道成型質(zhì)量。

截割路徑設(shè)計(jì)為煤巷S型截割軌跡，假定巷道為標(biāo)準(zhǔn)的矩形斷面，以巷道左下側(cè)為起點(diǎn)，根據(jù)滾筒尺寸對(duì)斷面煤體自下而上進(jìn)行往復(fù)截割，切割路徑呈連續(xù)的S型。

快速掘進(jìn)綜掘機(jī)截割流程為：（1）清理作業(yè)場地并進(jìn)行班前交接；（2）縱向進(jìn)刀：滾筒從巷道斷面左下角進(jìn)刀，全部進(jìn)入煤體后停刀，通過鏟板運(yùn)煤；（3）橫向進(jìn)刀：滾筒自左至右截割，進(jìn)行橫向進(jìn)刀；（4）往復(fù)截割：當(dāng)滾筒截割至巷道右?guī)停瑱C(jī)頭抬高后重復(fù)進(jìn)行往復(fù)截割；（5）對(duì)巷道兩幫進(jìn)行細(xì)節(jié)修整，同時(shí)清理殘煤，開始下一個(gè)循環(huán)。

2.3 快速掘進(jìn)施工工藝優(yōu)化

礦井原掘進(jìn)施工工藝存在工序時(shí)間配合不合理現(xiàn)象，為提高巷道掘進(jìn)工作效率，加快掘進(jìn)速度，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)原掘進(jìn)施工工藝時(shí)間分配進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。具體施工工序及施工時(shí)間見表2。

表2 快速掘進(jìn)施工工序及施工時(shí)間

3 技術(shù)應(yīng)用情況

3.1 支護(hù)效果分析

為檢驗(yàn)快速掘進(jìn)技術(shù)實(shí)施后的圍巖支護(hù)效果，在現(xiàn)場對(duì)巷道圍巖表面變形量進(jìn)行監(jiān)測，繪制表面位移曲線如圖3。

圖3 巷道表面位移變化曲線圖

根據(jù)巷道表面位移監(jiān)測結(jié)果，可認(rèn)為快速掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)具有較高的技術(shù)可靠性，在保證巷道掘進(jìn)進(jìn)尺的前提下，可有效控制圍巖變形，保證巷道服務(wù)期間圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。巷道掘成至變形穩(wěn)定期間，巷道表面變形量較小，仍保持較大巷道斷面，滿足了巷道行人運(yùn)料的需求，“支護(hù)-圍巖”系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。最終，巷道兩幫移近量達(dá)103 mm，頂板下沉量達(dá)82 mm，底鼓量達(dá)19 mm，表明快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用成效顯著。

3.2 掘進(jìn)效率分析

1009輔運(yùn)順槽原掘進(jìn)工藝設(shè)計(jì)采用“三八”制，每天計(jì)劃任務(wù)量十個(gè)循環(huán)，循環(huán)進(jìn)尺為0.8～1.0 m，巷道每天可向前掘進(jìn)8～10 m。現(xiàn)采用快速掘進(jìn)與支護(hù)施工工藝后，兩班掘進(jìn)，一班檢修，生產(chǎn)班可完成2個(gè)循環(huán)，循環(huán)進(jìn)尺為4 m，每班可掘進(jìn)巷道8 m，則日進(jìn)尺為16 m。據(jù)此得出采取快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)后巷道的掘進(jìn)效率可得到顯著提升。

4結(jié)論

（1）針對(duì)1009輔運(yùn)順槽開采參數(shù)，設(shè)計(jì)了錨桿索支護(hù)參數(shù)。現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明，巷道變形量較小，圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有效保障了巷道的正常使用。

（2）現(xiàn)場應(yīng)用表明，采用快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)掘進(jìn)煤層巷道，能夠顯著提升掘進(jìn)施工效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證施工安全。該技術(shù)可在相似地質(zhì)條件的礦井推廣應(yīng)用。