煤礦巷道快速掘進工藝優化應用

成志亮

（山西長平煤業有限責任公司，山西 晉城 048000）

我國當下的煤礦井下生產中，井下采掘作業時有接續不達標的狀況，這會造成井下生產系統接續紊亂，礦井標準化程度低，生產不正常，工人工作效率低等問題。我們針對采掘接替問題進行了系統的研究，對其中的主觀與客觀因素進行了具體分析，制定了新的技術方案，重點是對掘進作業進行了優化，使得井下生產系統的接續作業更加系統高效。

1 長平煤礦53082巷概述

長平煤礦53082巷位于五盤區北翼，巷道東部為采掘區域，南部為53081巷，西部為五盤區大巷，北部為5309工作面。53082巷設計長度為1 151 m，巷道設計斷面規格為寬×高=5.4 m×4.1 m，巷道掘進煤層為3號層，施工巷道從五盤區膠帶機大巷開口施工，截至目前巷道已掘進650 m。

根據現場觀察發現，53082巷在前期掘進過程中，巷道掘進效率差，主要表現在巷道支護時間長，掘進工程量低，巷道掘進前期單進水平不足5.2 m/d，無法實現巷道安全高效地掘進，制約著煤礦采掘銜接任務的順利完成。

2 巷道前期掘進工藝及支護工藝

2.1 前期掘進工藝

53082巷前期采用綜合機械化掘進工藝，使用EBZ-260（H）型綜合掘進機掘進，工作面首尾兩巷共同施工，采用機載轉載機二運，SJ-80型膠帶運輸機實現連續化運輸，首尾兩巷均采用錨、索、網、W型鋼帶聯合支護，掘進與支護順序作業，施工工藝如圖1所示。

圖1 巷道掘進施工工藝框架圖

2.2 前期支護工藝

53082巷前期巷道主要采用錨桿（索）+金屬網聯合支護技術。

1）頂、幫錨桿：規格為MSGLW-500 22/2400的左旋無縱筋螺紋鋼樹脂錨桿，延伸率≥18%，桿體直徑為Φ22 mm；左旋無縱筋螺紋鋼筋采用500號鋼材，長度為2.4m，桿尾螺紋為M24。

2）錨桿托板：頂幫均為拱型高強度托盤，規格為150 mm×150 mm×10 mm，力學性能與桿體一致，配合高強度托盤調心球墊和減磨墊圈、強力錨桿螺母M24。

3）W鋼護板：型號為W280×400/4 mm，長度為400 mm，寬度為280 mm，厚度為4 mm，四邊壓棱；錨索托板采用300 mm×300 mm×16 mm的鋼板，孔徑為30 mm。

4）頂錨索：SKP22×1/1720·6300，延伸率≥7%，1×19股高強度低松弛預應力鋼絞線，直徑為Φ22 mm，長度為6.3 m，尾部采用配套的高強度鎖具。

5）金屬網：頂金屬網的型號為JW10/35×35-1.2×6.0,采用10#鐵絲編織的金屬經緯網護頂，網格為35 mm×35 mm，長度為6.0 m，寬度為1.2 m；幫金屬網的型號為JW 10/35×35-1.2×4.0,采用10#鐵絲編織的金屬經緯網護幫，網格為35 mm×35 mm，長度為3.9 m，寬度為1.2 m。

3 巷道掘進施工影響因素分析

3.1 巷道單循環掘進時間分析

根據施工工藝分析，掘進作業用時最多的工序有三個：掘進機截割煤體運煤、檢修和支護作業。此間的支護作業耗時穩定性最差，且因人而異，熟練工的作業時間遠遠少于不成熟工。所以，在分析中要依據最高時長和最低時長來取得不同施工工序的平均數據。通過對比分析綜合統計得到：53082巷施工工序中每個施工段截割運煤總時間是2.5 h，煤矸運輸時間為2.4 h，支護作業總時間是2.7 h；所以巷道單循環掘進時間為7.6 h，每天掘進工程量為5.0~5.5 m。

3.2 施工工藝存在的問題

3.2.1 施工工藝問題分析

1）原支護密度過大，會形成冗余支護。在進行支護設計時，滿足基本的支護條件即可，以減少支護的時間，減少不必要的浪費，降低原支護的冗余程度，降低工時，提高效率。

2）井下煤倉的容量有限，一旦負荷達到警戒線，給煤機停止運轉，盤區皮帶、大巷皮帶也一并停機不再工作，這會導致巷道掘進作業煤流不能外運，巷道掘進工作也就會停滯，導致截割時間加長。

3）井下地質條件的分析過于簡單，使得最大控頂距和最小空頂距未明確，在巷道掘進時盲目性大。

4）盤區沒有設備配件庫房，發生機電事故時需要從地面庫房配置再運至井下，導致機組皮帶機等電氣設備檢修時長大大增加。

3.2.2 組織措施方面問題分析

1）由于掘進作業人員普遍年齡較大、文化水平較低，多數施工人員未受過專業知識培訓，導致井下各工種的操作熟練度參差不齊，作業時間出現較大的差異。

2）生產班組的交接時間對應不上，掘進作業與支護作業不能平行進行也不能流水施工，由此致使上一班組不能為下班提供連續化的施工條件，在時間上造成較大的浪費。

4 掘進工藝優化改進

4.1 支護工藝優化

在做優化支護設計時，要先從支護基本理論研究展開，再依據圍巖松動圈理論和支護組合拱理論進行具體的研究，最后根據井巷工程支護設計進行支護優化。

1）加大頂支護鋼帶的排距，將原支護的6根/排降低至5根/排。頂支護由原Φ20 mm×2 400 mm的左旋螺紋鋼樹脂錨桿變更為Φ22 mm×2 000 mm的左旋螺紋鋼樹脂錨桿,錨固方式由原全長錨固變更為半長錨固。

2）W型鋼帶的排距由原900mm變更為1100 mm，頂網統一使用1200mm×7000mm的8#鋼絲菱形金屬網，孔徑為50mm×50mm，網片與網片的搭接為100 mm。

3）優化變更后的掘進作業面的支護數量有了較大幅度的減少，支護作業時間大大縮短，工藝流程變的簡單，錨桿機的搬運頻率降低。支護時間的降低大大提高了掘進速度，每日進尺也有了較大提升。

4.2 其他工藝優化

1）煤流運輸系統優化：對井下煤流運輸系統進行優化設計，主要運輸大巷使用高速強力皮帶，以此提高煤流運輸能力，保證采掘作業質量。

2）設置井下材料設備倉庫：在井下盤區運輸大巷處設置井下材料設備倉庫，保證一旦出現機電設備事故能快速處理，防止機電事故發生而影響掘進速度。

3）強化人員素質：加大井下作業人員的培訓力度，通過技術比武等形式調動人員工作技能提升的積極性。

4）加大考核力度，獎勵機制：對表現進尺高質量優的班組進行獎勵，對進尺少質量差的班組加大考核，由帶班隊長對各工種進行打分，對提出技術革新、優化操作的員工給予獎勵。

5 結語

通過對巷道快速掘進施工工藝的研究優化設計，53082巷總工序時長得到了大大的降低，皮帶巷的工序時長降低了20%，回風巷的工序時長降低了18.5%，頂支護工序時長降低了35%。53082巷單進水平提高至9.7 m/d，掘進速度得到了提升，解決了采煤工作面接續緊張的問題，使礦井的綜合生產效率也大大提高。