復(fù)雜地質(zhì)條件下煤巷快速掘進(jìn)技術(shù)研究

張衛(wèi)國

（山西汾西瑞泰正中煤業(yè)有限公司，山西 靈石 031300）

引言

隨著綜采裝備自動(dòng)化程度、技術(shù)技術(shù)水平等不斷提升，綜采工作面推進(jìn)速度不斷增加，礦井采掘接替緊張局面進(jìn)一步凸顯[1-2]。實(shí)現(xiàn)巷道快速掘進(jìn)對(duì)提高礦井經(jīng)濟(jì)效益以及煤炭開采效率等有重要意義[3]。巷道快速掘進(jìn)是基于掘進(jìn)、圍巖支護(hù)、運(yùn)輸?shù)裙ば虻膬?yōu)化配置實(shí)現(xiàn)。山西某礦北翼5 采區(qū)回采巷道掘進(jìn)期間面臨巷道斷面大、復(fù)合頂板或者偽頂、巷道埋深大等因素制約，巷道掘進(jìn)地質(zhì)條件較為復(fù)雜，從而在一定程度上制約巷道掘進(jìn)效率[4]。

1 11501 工程概況

11501 工作面為北翼5 采區(qū)首個(gè)回采工作面，采面回采的5 號(hào)煤層厚度介于1.4～7.6 m，平均厚度3.0 m，傾角5°，埋深580 m。11 號(hào)煤層上覆有厚度0.3～0.6 m 炭質(zhì)泥巖偽頂，直接頂為厚度3.3 m 砂質(zhì)泥巖、節(jié)理發(fā)育，基本頂為厚度7.6 m 中粒砂巖；直接底為厚度0.7～1.9 m 炭質(zhì)泥巖，基本底為厚度18.5 m粉砂巖。

11501 運(yùn)輸巷沿著11 號(hào)煤層底板掘進(jìn)，設(shè)計(jì)長度2690m，巷道斷面為矩形（凈高、凈寬分別為4.75m、3.0 m），采用錨桿（規(guī)格22 mm×2 200 m）、錨索（規(guī)格18 mm×6 300 m）、金屬網(wǎng)組合支護(hù)，具體巷道位置見圖1 所示。巷道采用綜掘方式，巷道現(xiàn)階段掘進(jìn)速度平均為240 m/月，按照此掘進(jìn)速度預(yù)計(jì)礦井將面臨2 個(gè)月無面可采困局，為此對(duì)巷道掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化。

圖1 巷道位置關(guān)系

2 巷道掘進(jìn)、運(yùn)輸及支護(hù)優(yōu)化

2.1 強(qiáng)化超前地質(zhì)勘探

在11501 運(yùn)輸巷掘進(jìn)前，即采用產(chǎn)前鉆探以及物探等組合方式對(duì)掘進(jìn)前方地質(zhì)條件進(jìn)行探測，以便提高地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)對(duì)能力。在巷道掘進(jìn)過程中可充分利用綜掘設(shè)備檢修時(shí)間對(duì)掘進(jìn)面前方煤巖體賦存情況進(jìn)行探測，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、地質(zhì)勘探動(dòng)態(tài)平行，提高巷道掘進(jìn)效率。

2.2 掘進(jìn)工藝優(yōu)化

2.2.1 合理確定綜掘設(shè)備

在11501 運(yùn)輸巷開始掘進(jìn)前，即根據(jù)巷道掘進(jìn)斷面、掘進(jìn)區(qū)域地質(zhì)條件、掘進(jìn)進(jìn)尺以及礦井現(xiàn)階段綜掘設(shè)備配備情況，合理選擇綜掘機(jī)型號(hào)。在掘進(jìn)巷道內(nèi)帶式輸送機(jī)一般滯后掘進(jìn)迎頭一定距離，在此區(qū)間可通過刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)完成煤矸轉(zhuǎn)運(yùn)工作。根據(jù)11501 運(yùn)輸巷現(xiàn)場實(shí)際條件，巷道掘進(jìn)擬采用MGH720 綜掘機(jī)，該綜掘機(jī)不僅可實(shí)現(xiàn)高效煤煤、提高掘進(jìn)效率而且可截割堅(jiān)硬巖層，具由自動(dòng)化程度高、便于操作等優(yōu)點(diǎn)，具體11501 運(yùn)輸巷內(nèi)布置的綜掘作業(yè)線見下頁圖2 所示。

圖2 11501 運(yùn)輸巷綜掘作業(yè)線

2.2.2 依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件對(duì)綜掘機(jī)進(jìn)行改進(jìn)

根據(jù)已有超前探測資料預(yù)測11501 運(yùn)輸巷在掘進(jìn)過程中會(huì)遇到煤層變薄段，煤層最小厚度僅為1.6 m，掘進(jìn)機(jī)在此范圍內(nèi)需要截割頂板巖層掘進(jìn)。綜掘機(jī)在破巖期間存在截割頭、截割齒及其他設(shè)備磨損、故障率高等問題，同時(shí)破巖效率不高，掘進(jìn)速度慢。為此，在巷道掘進(jìn)至煤層變薄區(qū)域時(shí)，可在綜掘機(jī)截割頭上提前焊接高強(qiáng)度鋼板，以便降低截割齒磨耗、綜掘設(shè)備故障率，提高綜掘機(jī)開機(jī)率以及掘進(jìn)效率。

2.3 運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化

實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、連續(xù)化運(yùn)輸對(duì)提高巷道掘進(jìn)效率具有顯著的促進(jìn)意義。傳統(tǒng)巷道掘進(jìn)運(yùn)輸采用礦車運(yùn)輸方式，存在需頻繁鋪軌、倒車等問題，同時(shí)運(yùn)輸效率不高、需要大量輔助運(yùn)輸人員。為此，對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，具體采用可伸縮帶式輸送機(jī)、落地刮板輸送機(jī)以及轉(zhuǎn)載機(jī)相結(jié)合方式對(duì)煤炭進(jìn)行運(yùn)輸，通過帶式輸送機(jī)搭接將煤炭運(yùn)輸至地面，提高原煤運(yùn)輸效率。

2.4 巷道圍巖支護(hù)工藝以及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

確保巷道圍巖穩(wěn)定并提高支護(hù)效率對(duì)提高巷道掘進(jìn)效率具有顯著促進(jìn)意義，特別是在復(fù)雜地質(zhì)條件下實(shí)現(xiàn)巷道高效、安全支護(hù)可為掘進(jìn)贏得時(shí)間，提高掘進(jìn)進(jìn)尺。采用先進(jìn)、可靠的支護(hù)設(shè)備可提高圍巖支護(hù)效率，根據(jù)11501 運(yùn)輸巷現(xiàn)場實(shí)際條件，提出采用機(jī)載錨桿鉆機(jī)提高支護(hù)效率，具體采用的錨桿鉆機(jī)結(jié)構(gòu)見圖3。通過在綜掘機(jī)上使用機(jī)載錨桿鉆機(jī)可實(shí)現(xiàn)破煤、圍巖支護(hù)同步開展，降低支護(hù)給掘進(jìn)影響。

圖3 機(jī)載錨桿鉆機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

在滿足巷道圍巖控制基礎(chǔ)上，對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可適當(dāng)降低支護(hù)工作量。依據(jù)11501 運(yùn)輸巷圍巖條件，對(duì)錨桿布置進(jìn)行優(yōu)化，具體為：運(yùn)輸巷圍巖支護(hù)采用錨桿索耦合方式，根據(jù)圍巖條件對(duì)支護(hù)密度進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)圍巖條件較好時(shí)可適當(dāng)降低錨桿索支護(hù)密度，通過增加錨桿間距并滯后施工錨索提高圍巖支護(hù)效率，達(dá)到提升掘進(jìn)效率目的；更換錨桿錨固劑，具體由2 支Z2835 錨固劑改為1 支Z2850，錨固劑錨固時(shí)間由1 min 縮短至20～30 s，進(jìn)一步提高支護(hù)效率；巷道圍巖支護(hù)時(shí)巷幫兩側(cè)錨桿可滯后頂板錨桿一排位置施工，錨索施工可滯后掘進(jìn)迎頭15 m，從而減少圍巖支護(hù)給巷道掘進(jìn)影響。

3 結(jié)語

1）掘進(jìn)巷道圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)面臨圍巖控制困難、掘進(jìn)影響因素多及掘機(jī)效率低等問題，根據(jù)掘進(jìn)巷道現(xiàn)場條件對(duì)掘進(jìn)過程中破煤、支護(hù)、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化可達(dá)到提升掘進(jìn)效率目的。

2）依據(jù)11501 運(yùn)輸巷現(xiàn)場實(shí)際情況，采用MGH720 綜掘機(jī)破煤巖、采用機(jī)載錨桿鉆機(jī)增加支護(hù)效率、采用可伸縮帶式輸送機(jī)+刮板輸送機(jī)提高煤矸運(yùn)輸效率。現(xiàn)場應(yīng)用后，11501 運(yùn)輸巷掘進(jìn)進(jìn)尺平均為380 m/月，實(shí)現(xiàn)了快速掘進(jìn)并為采面早日投產(chǎn)爭取了時(shí)間。