采掘工作面支護優(yōu)化與機械設(shè)備配套研究

侯俊杰

（潞安集團寺家莊有限責任公司，山西 晉中 045300）

引言

在實際生產(chǎn)中，由于巷道掘進速度低導致整個煤礦生產(chǎn)的進度被制約。因此，為從整體上提升煤礦的生產(chǎn)效率，提升煤礦效益，需實現(xiàn)對巷道的快速掘進[1-2]。煤礦巷道的掘進效率受所采用掘進設(shè)備的能力、性能、支護方案以及掘進工藝等影響。因此，對采掘工作面中巷道的支護進行優(yōu)化，并對所配套的機械設(shè)備進行確定。

1 3 號煤層工作面概況

煤礦共包含有山西組和太原組兩類煤層，其中山西組煤層的平均厚度為5.91 m，太原組煤層的平均厚度為7.63 m。本文將以其中3 號煤層所處工作面為例開展研究，該煤層所處工作面的頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

表1 3 號煤層工作面頂?shù)装迩闆r

經(jīng)探測，3 號煤層所處工作面瓦斯的相對涌出量為1.02 m3/t，絕對涌出量為2.28 m3/min，而且該礦井屬于低瓦斯礦井。

目前，針對3 號煤層工作面巷道在實際掘進過程中存在勞動強度大、排矸距離遠、安全風險高、支護密度大、支護效率低等問題。上述因素導致無法實現(xiàn)對其快速掘進。

2 工作面及其支護概況

目前，巷道所采用的支護方式為錨桿支護，具體支護參數(shù)如下：

頂板采用高強應(yīng)力扭矩錨桿，所選型錨桿的直徑為22 mm，錨桿長度為2 200 mm，錨桿間距為800 mm，錨桿排間距為700 mm。

兩幫采用右旋全螺紋鋼錨桿，所選型錨桿的直徑為20 mm，錨桿長度為2 200 mm，錨桿間距為700 mm，錨桿排間距為700 mm。

3 巷道支護的優(yōu)化

為實現(xiàn)對工作面巷道的快速掘進，在保證掘進安全的前提下應(yīng)考慮巷道支護施工的效率和質(zhì)量。經(jīng)分析，在原支護方案的基礎(chǔ)上分析導致支護施工效率低的主要問題時錨桿設(shè)置密度過大所導致[3]。因此，為響應(yīng)快速掘進的需求，在保證錨桿尺寸不變的基礎(chǔ)上特設(shè)計如表2 所示的三種支護方案，并對不同支護方案進行對比，最終給出最佳支護方案。

表2 巷道支護方案

對應(yīng)錨桿的直徑均為22 mm，錨桿長度為2 200 mm；對應(yīng)錨索的直徑為17.89 mm，錨索長度為6 000 mm。其中，錨桿的預(yù)緊力為60 kN；錨索的預(yù)緊力為100 kN。

本工程確定最佳方案的原則為在對巷道圍巖進行良好控制的基礎(chǔ)上，盡可能地減小錨桿的布置密度和施工難度。為此，本文將基于數(shù)值模擬軟件根據(jù)表1 中的巖層參數(shù)建立模型，并對三種不同支護方案下巷道圍巖的最大應(yīng)力，結(jié)果顯示，對于頂板應(yīng)力而言，1 號方案對應(yīng)的頂?shù)装鍛?yīng)力最小，為6.35 MPa；最大為2 號方案對應(yīng)的6.39 MPa。對于兩幫而言，1 號方案對應(yīng)的應(yīng)力最小，為13.65 MPa；最大為2 號方案對應(yīng)的13.66 MPa。

綜上所述，最終選用1 號方案對巷道圍巖進行支護。

4 工作面機械設(shè)備配套研究

在保證高效對采掘工作面支護的基礎(chǔ)上，需解決實際采掘過程中的設(shè)備、工藝、管理以及自然條件等問題才能夠?qū)崿F(xiàn)工作面的快速采掘。就巷道掘進任務(wù)而言，其主要包含有鉆眼、爆破和裝運三個關(guān)鍵核心工序。各個工序所存在的問題均會制約掘進效率，具體闡述如下：

1）鉆眼工序。目前，巷道所采用的鉆眼設(shè)備為啟動鑿巖機，該設(shè)備的功率較小，鉆眼效率低，且所鉆眼的深度較淺。

2）裝運工序。經(jīng)核算可知，裝運工序所消耗的時間占據(jù)整個掘進任務(wù)中的40%左右。因此，實現(xiàn)高效、快速裝運也是實現(xiàn)快速掘進的措施之一。

為響應(yīng)采掘工作面安全、高效的生產(chǎn)需求，要求所配套的機械設(shè)備遵循如下原則：

1）涉及到各個工序盡可能采用機械化設(shè)備，提高生產(chǎn)效率。

2）要求所選型設(shè)備均能夠相互匹配，相互適應(yīng)。

3）所配套設(shè)備的數(shù)量應(yīng)具有一定的冗余度，以備不時之需[5]。

基于當前實際掘進問題和機械配套設(shè)備選型原則分析的基礎(chǔ)上，該工程所配套機械設(shè)備的型號及關(guān)鍵參數(shù)如表3 所示。

表3 機械設(shè)備配套統(tǒng)計

5 結(jié)語

實現(xiàn)采掘工作面的高效、安全生產(chǎn)是保證煤礦生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。目前，綜采工作面在采煤機、采煤工藝以及合理支護的管理下其生產(chǎn)效率已經(jīng)明顯高于掘進工作面，導致掘進工作面與綜采工作面生產(chǎn)能力不匹配，最終制約了整個煤礦的生產(chǎn)能力。因此，當前首要問題是實現(xiàn)對工作面的快速掘進，根據(jù)實際情況進行合理支護設(shè)計的基礎(chǔ)上，選擇機械化程度高、效率高、可靠性高的機械設(shè)備配套工作面的快速掘進。