煤礦大斷面巷道快速掘進與支護技術研究

李 坤

（晉能控股煤業集團有限公司同家梁礦，山西 大同 037003）

1 煤礦3304 巷掘進概況

以山西某煤礦為例，其設計生產能力可以達到750 Mt/年，每年需要開掘新的巷道長度約為1.5 m。在對薄煤進行掘進的過程匯總，巷道的掘進速度能夠達到要求，可是對于厚煤層而言，其掘進速度相對緩慢，通常每年掘進的速度不到4 000 m，進而不能滿足礦井生產的需要。由此可以看出，在分析厚煤層掘進速度時，通常需要探究工作面地質、掘進以及支護條件等，從而可以更好地優化巷道掘進快速與支護。

3304 巷沿著3 號煤層底板進行掘進作業時，經過測算發現煤層f 數值在2～3 范圍內，厚度取值在8.2～9.4 m 之間，在煤層頂端位置是粉砂巖其厚度可以達到4.2 m。

2 巷道掘進地質與施工技術

2.1 地質概況以及相應的掘進技術

經過調查發現該煤層深度相對較深，同時地質結構相對復雜，地質結構起伏，從而給巷道的快速掘進以及支護產生了制約。在進行掘進的過程中，通常可以選用短掘短支方式，與此同時需要借助高強度的支護形式，從而能夠有效地對巷道圍巖進行控制，從而大大提高圍巖的穩定性，可是巷道掘進時出現斷面較大時，那么將大大增加巷道掘進的工作進度。與此同時，對于圍巖控制而言，往往需要增加過多的錨桿以及錨索，因此將消耗一定的時間，進而降低工作效率。

2.2 掘進支護勞動作業條件分析

由于在井下作業時，當前所采用的機械化程度相對較低，在對巷道臨時支護時，往往需要增加更多的前探梁。與此同時需要借助單體錨桿鉆鉆孔，同時需要設置錨桿以及錨索作為永久支護。

3 巷道快速掘進以及相應的支護技術

3.1 應用條件

在對礦井地質以及相應的開采情況進行分析可以發現，在提高巷道掘進以及相應的支護效率方面，往往可以從如下幾個方面入手[1-2]：第一，在不出現安全隱患的條件下，可以適度地降低支護強度，并且對支護參數進行優處理，從而可以避免不必要的支護時間，從而可以提高工作效率；第二，在巷道臨時支護以及永久支護過程中，可以融入自動化的理念，進而能夠提高安裝以及拆除支護的效率；第三，優巷道掘進與支護流程，使得支護與掘進保持同步。

3.2 快速掘進以及對應的支護技術

3.2.1 厚煤層快速掘進工藝

對于厚煤層掘進時，可以選擇應用在空巷到掘進的機械化臨時支護以及相應的掘進設，與此同時可以依據現場支護的需要對現有的設備進行優化，從而能夠得到性能優良的掘進與臨時支護設備。通過3304 巷道掘進的過程中，配置了綜掘機相配備的ZLJ-20/21 機載臨時支護機械，下頁圖1 表示相應的機械設備圖。其能夠達到空頂區臨時快速臨時支護的效果。經過工程實踐發現，其可以保證空頂區域的安全性、快速支護，使得綜掘工作面位置的掘進、支護以及錨等工作的有序進行，從而可以大大提高綜采設備的自動化水平。

圖1 機載臨時支護設備結構示意圖

3.2.2 優化大斷面巷道支護

通過對臨時支護工作面支護進行計算，進而優化巷道掘進參數，最終可以得到3304 巷道支護的有效參數。將斷面形式改為梯形斷面，同時在巷道兩幫位置設置92°扎角，掘進斷面的凈面積可以達到18.62 m2。在巷道支護的過程中，可以錨桿排距設定為0.9～1.1 m 范圍內。對于巷幫而言，所選用的排距設定為1.7 m×1.8 m。

對于3304 巷道而言，可以選用錨網索的形式進行支護，其參數如下所示：所選用的頂板支護錨桿為螺紋鋼錨桿，規格為Φ22 mm×2.4 m，相應的排距間隔為0.75 m×0.9 m。通常在巷道頂板中間位置設置1 根錨索補強支護，其規格為Φ22 mm×8.5 m。在巷幫位置設置了5 根錨桿進行支護，其中在h 位置設置的錨桿參數為Φ20 mm×1.0 m，剩下的四根錨桿參數為Φ20 mm×2.0 m。對于巷幫錨桿而言，都選用螺紋鋼錨桿，其間距設定為0.85 m×0.9 m。對于護巷煤柱頂板而言，可以在其下方是指一個錨索，其規格為Φ22mm×5.0m，設置的仰角范圍為25°～30°之間。在位于巷幫中間位置可以一個錨索，其規格為Φ22 mm×3.5 m。對于實體煤幫間距而言，可以在1.7m 位置設置兩個錨索，其規格選為Φ22 mm×8.5 m。圖2 表示相應的巷道支護設計[3]。

圖2 巷道支護示意圖（單位：mm）

3.2.3 掘進支護平行作業

為了能夠有效地使得掘進與支護相結合，因此可以使用掘進與支護平行的工作流程，從而能夠提高掘進效率。與此同時可以有效地避免因支護對掘進工作效率產生影響，以此需要依據掘進巷道的工況，實施大斷面巷道多級支護，主要包括如如下三個環節：臨時支護、及時支護、滯后支護。與此同時可以確定各個支護的時間、間距以及強度。在對巷道進行支護的過程中，假如巷道頂板圍巖處于穩定的狀態時，可以選用機載臨時支護裝置，從而可以在空頂巷道上迅速的設置兩排鋼帶。同時需要在巷幫施工上方設置兩個錨桿，在掘進施工時都要設置一次。假如巷道掘進時，所經過的地質相對松軟，那么巷幫錨桿需要緊跟掘進迎頭。

3.3 應用效果

經過在3304 巷進行工程實踐發現，對掘進與支護技術進行優化后，能夠大大提高巷道掘進的效率，掘進尺度提高了90 m。通過對圍巖參數監控發現，頂底板位移量可以達到165.3 mm，而相應的巷道位移量可以達到296.4 mm。在工作的過程中該巷幫圍巖變化量在350～843 mm 之間，因此可以滿足工程需要。