黃陵一號煤礦快速掘進與支護技術(shù)應用研究

劉建純

（陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司一號煤礦，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，而煤巷掘進速度是其中的關(guān)鍵。影響煤巷掘進效率的因素包括掘進工藝、支護設(shè)備、技術(shù)水平和地質(zhì)條件等。通過對巷道掘進和支護兩方面工藝進行有機結(jié)合，可實現(xiàn)煤巷的快速掘進[1-4]。本文基于黃陵一號煤礦1009輔運順槽地質(zhì)條件，提出了快速掘進和支護技術(shù)，實現(xiàn)了煤巷的快速掘進，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

黃陵一號煤礦1009輔運順槽對應地面位置位于一號煤礦四號風井西北部，工作面對應上部地表為低山林區(qū)和臺地，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進風順槽（正在掘進），北為1010輔運順槽（未掘進），東接北一進風大巷，西鄰七盤區(qū)。1009輔運順槽設(shè)計長度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輔運順槽支護參數(shù)設(shè)計

為實現(xiàn)1009輔運順槽的快速掘進與支護，巷道支護設(shè)計通過掘錨一體機進行錨桿索支護，因此需針對巷道條件合理設(shè)計錨桿索支護參數(shù)，以配合掘進一體機在保證安全的前提下實現(xiàn)快速掘進。

1009輔運順槽采用錨桿+錨索梁+塑鋼網(wǎng)聯(lián)合支護。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)計為錨桿+塑鋼網(wǎng)聯(lián)合支護，主幫采用Φ20 mm×2500 mm玻璃鋼錨桿支護，每排3根，間排距1000 mm×1000 mm；副幫側(cè)采用Φ20 mm×2500 mm高強度玻璃鋼錨桿支護，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。幫錨桿支護距正頭≤1000 mm，頂錨桿支護距正頭≤500 mm，錨索支護距離臨時支護尾部≤15 m。支護設(shè)計如圖1。

圖1 1009輔運順槽巷道支護設(shè)計斷面圖

由于提出的支護方案是基于理論分析及經(jīng)驗類比得到的，因此在現(xiàn)場應用時需針對實際情況及時動態(tài)調(diào)整技術(shù)參數(shù)。當掘進至地質(zhì)條件較差區(qū)域時，可適當增加支護強度，保證生產(chǎn)安全。

2 快速掘進與支護技術(shù)施工工藝

2.1 掘錨一體化技術(shù)

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

EBZ200M-2型掘錨機可同時完成掘進、錨護一體化工作，能夠在巷道開始掘進的同時進行機械化支護，提升支護速度，不僅可實現(xiàn)前探梁支護與支護施工的機械化，同時降低了工人勞動強度，保證了人員設(shè)備，進而提升了掘進工作效率。EBZ220型雙錨掘進機示意圖如圖2。

圖2 EBZ220型雙錨掘進機示意圖

2.2 掘進施工流程

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

截割路徑設(shè)計為煤巷S型截割軌跡，假定巷道為標準的矩形斷面，以巷道左下側(cè)為起點，根據(jù)滾筒尺寸對斷面煤體自下而上進行往復截割，切割路徑呈連續(xù)的S型。

快速掘進綜掘機截割流程為：（1）清理作業(yè)場地并進行班前交接；（2）縱向進刀：滾筒從巷道斷面左下角進刀，全部進入煤體后停刀，通過鏟板運煤；（3）橫向進刀：滾筒自左至右截割，進行橫向進刀；（4）往復截割：當滾筒截割至巷道右?guī)停瑱C頭抬高后重復進行往復截割；（5）對巷道兩幫進行細節(jié)修整，同時清理殘煤，開始下一個循環(huán)。

2.3 快速掘進施工工藝優(yōu)化

礦井原掘進施工工藝存在工序時間配合不合理現(xiàn)象，為提高巷道掘進工作效率，加快掘進速度，降低工人的勞動強度，對原掘進施工工藝時間分配進行優(yōu)化調(diào)整。具體施工工序及施工時間見表2。

表2 快速掘進施工工序及施工時間

3 技術(shù)應用情況

3.1 支護效果分析

為檢驗快速掘進技術(shù)實施后的圍巖支護效果，在現(xiàn)場對巷道圍巖表面變形量進行監(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，可認為快速掘進和支護技術(shù)具有較高的技術(shù)可靠性，在保證巷道掘進進尺的前提下，可有效控制圍巖變形，保證巷道服務期間圍巖結(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，滿足了巷道行人運料的需求，“支護-圍巖”系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。最終，巷道兩幫移近量達103 mm，頂板下沉量達82 mm，底鼓量達19 mm，表明快速掘進與支護技術(shù)的應用成效顯著。

3.2 掘進效率分析

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

4結(jié)論

（1）針對1009輔運順槽開采參數(shù)，設(shè)計了錨桿索支護參數(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)場應用表明，采用快速掘進與支護技術(shù)掘進煤層巷道，能夠顯著提升掘進施工效率，降低工人勞動強度，保證施工安全。該技術(shù)可在相似地質(zhì)條件的礦井推廣應用。