礦井單巷快速掘進技術研究

張耀輝

（晉能控股煤業集團新大地公司，山西 和順 032700）

近些年來，我國礦井井下機電設備發展從綜合機械化、自動化逐漸向智能發方向發展，在陜西、內蒙古以及山西等煤層賦存條件較好的一些礦井已率先實現采掘作業智能化控制，顯著提升了井下采掘作業效率[1-3]。對于一些生產條件相對好的礦井，采用連采機或者錨掘一體機等設備進行巷道掘進可顯著提升巷道掘進進尺，但是不同礦區、不同礦井回采煤層賦存條件存在較大變化，連采機或者錨掘一體機等設備在巷道掘進中應用并不廣泛。現階段，巷道最為常用的掘進方式仍以綜掘為主，綜掘巷道掘進過程中制約巷道掘進效率的主要因素為掘進、支護無法同步開展，巷道支護占據整個掘進耗時60%以上[4-7]。以山西某礦3506 運輸巷掘掘進為例，采用綜掘掘進時每個循環進尺2 m，其中截割、臨時支護耗時分別為55 min、15 min，巷道支護（錨桿、錨索）耗時為90 min，支護耗時（巷道支護+臨時支護）幾乎達到截割耗時的2 倍以上。因此，若能提高綜掘巷道支護效率、降低支護耗時勢必會顯著提升巷道掘進效率。

為此，本文以山西某礦3508 運輸巷掘進為工程實例，對礦井單巷快速掘進技術展開研究，以期為其他巷道快速掘進提供經驗借鑒。

1 工程概況

山西某礦3508 開采5 號煤層，煤層厚度介于0.94～8.31 m，平均厚度煤4.57 m、傾角5°～9°，煤層結構較為簡單，為全區可采煤層。5 號煤層較為堅硬，硬度介于2～3 間。5 號煤層基本頂為平均厚度12.49 m 的中粗砂巖，巖層硬度、抗壓強度分別為5.9、50.69 MPa，為中硬巖層；直接頂為平均厚度3.11 m 細砂巖，巖層硬度、抗壓強度分別為6～9、47.6 MPa，為中硬巖層；直接底為厚度1.09 m 泥巖，巖層硬度、抗壓強度分別為2～3、9.2～13.9 MPa，為松軟巖層；基本底為平均厚度3.12 m 細粒砂巖，巖層硬度、抗壓強度分別為7～9、50.6 MPa，為中硬巖層。

3508 工作面采用傳統的U 型通風方式，一進一回，其中運輸巷設計斷面為矩形，掘進高度、寬度分別為5.5 m、3.8 m，采用綜合機械化掘進方式，掘進長度為2 069 m，巷道整體位于一單斜構造背側。

2 礦井單巷快速掘進技術

2.1 快速掘進設備配備

在3508 運輸巷掘進時使用滑移支架（型號ZLH2×1040/30/44）進行支護，該滑移支架額定工作阻力為28 MPa（2×1 040 kN）、初撐力為20 MPa（2×760 kN）支撐寬度為5.3 m、高度介于3.0～4.4 m，支架支護長度為10.0 m、移架步距為1.0 m。在巷道掘進迎頭布置2 組滑移支架進行支護（支護長度共計20 m），且2 組滑移支架間搭接距離為2.5 m。

掘進機在滑移支架保護下掘進，隨著綜掘機不斷推進，滑移支架按照邁步式組合方式前移。通過滑移支架不斷前移可實現回采巷道綜掘機、運輸機等均處于支架保護下。在3508 運輸巷內配備型號CMM5-30Y 液壓錨桿鉆車，該鉆場可實現寬、高分別為5.9 m、3.74 m 巷道支護，并可騎垮高度1.0 m 以內、寬度2.1 m 以內的帶式輸送機。將運輸巷錨桿、錨索永久支護置于支架尾部施工，可實現運輸巷機械化、連續化掘進以及支護。

2.2 掘進及支護工藝

1）巷道掘進采用型號EBZ-260 綜掘機破巖，循環進尺為2.0 m，且可自動清理浮煤，將前探梁向上旋轉貼緊回采巷道頂板巖面可實現掘進迎頭臨時支護。

2）確保主架中第2、第4 道橫梁鉸接縱梁緊密接頂，回收副架4 根立柱后以主架第2 橫梁為支撐通過千斤頂實現副架前移1.0 m，前移到位后及時伸出副架立柱并鉸接縱梁支護頂板。主架以及副架前移過程一致，支架移動到位后技術伸出立柱對頂板進行支護。

3）在綜掘機破煤巖過程中，使用CMM5-30Y 液壓錨桿鉆車由支架尾部向掘進迎頭方向依次施工永久支護。當運輸巷頂板巖層條件較差時，先由人工對支架支撐位置施工錨桿進行支護，后續未完成錨桿、錨索則由液壓錨桿鉆車進行施工。

2.3 支護參數設計

3508 運輸巷沿著5 號煤層頂板掘進，巷道埋深平均為360 m。采用錨網索支護方式，具體支護參數見圖1 所示。

圖1 巷道支護參數（mm）

巷道頂板采用7 根錨桿（Φ22 mm×2 600 mm）按照0.85 m×1.0 m 間排距布置，頂錨桿預緊力控制在300 N·m 以上；布置3 根錨索（Φ21.6 mm×5 500 mm）按照2.55 m×2.0 m 間排距布置，兩排錨索呈三花眼型，頂錨索預緊力控制在200 kN 以上。巷道煤柱幫、采面幫分別采用螺紋鋼錨桿、玻璃鋼錨桿支護，錨桿規格均為Φ20 mm×2 100 mm，間排距均為1.0 m×2.0 m，巷幫錨桿預緊力控制在70 N·m 以上；在巷幫距離底板2.0 m 處均布置一根Φ21.6 mm×3 500 mm 錨索并按照2.0 m 間距布置。具體運輸巷圍巖支護設計見圖1 所示。

3 單巷快速進效果分析

在3508 運輸巷采用單巷快速掘進技術后，巷道月掘進進尺平均達到405 m，其中在4 月以及5 月，月掘進進尺分別可達到456 m、473 m，單日最高掘進進尺可達到25 m。同時隨著掘進作業人員對掘進工序、設備等熟練程度增加，預計后續掘進進尺仍會有一定程度提升。

通過采用單巷快速掘進技術，運輸巷破煤、圍巖支護等工作實現同步開展，巷道掘進、支護等工作均在ZLH2×1040/30/44 滑移支架掩護下開展，安全系數較高。

4 結論

巷道快速掘進對提升礦井生產效率、緩解礦井采掘接替緊張局面具有重要意義。山西某礦采用綜掘方式掘進巷道，受到掘進、支護無法平行開展影響，導致巷道掘進效率較低。為此，提出使用將ZLH2×1040/30/44 滑移支架、CMM5-30Y 液壓錨桿鉆車應用到巷道圍巖支護中，綜掘機掘進以及CMM5-30Y液壓錨桿鉆車支護圍巖等均在滑移支架保護中，從而實現綜掘機破巖、圍巖支護的同步開展。

現場工程應用后，3508 運輸巷月掘進進尺平均可達到405 m，同時隨著掘進作業人員操作熟練度的不斷增加預計后續巷道掘進進尺仍有一定提升空間。傳統的綜掘方式下，巷道掘進進尺一般在300 m以內，巷道快速掘進技術可提升掘進進尺25%以上，取得較好的應用成果。