大傾角綜掘巷道快速掘進及支護優化研究

劉雁明

（晉能控股煤業集團地煤公司精通興旺煤業， 山西 大同 037000）

引言

對晉能控股煤業集團某煤礦進行調查發現，該煤礦掘進巷道的坡度值平均為22°左右，一般情況下，礦井采用炮掘的形式來進行作業，針對3 號煤層膠帶巷作業時，更改為機掘的方式來進行。采用優化施工工藝措施，整個作業時長18 d，實現200 m 的大坡段掘進，且作業時長大幅降低，達到高效且安全的目的。

1 晉能控股煤業集團某礦概況

晉能控股煤業集團某礦主要針對3 號煤層的開采，3 號煤層頂底板質地為泥巖或砂質泥巖，煤層的厚度約為5.59 m。通過對膠帶大巷進行作業時，當達到+416 m 時，出現正斷層。對膠帶大巷的相關參數進行調查可知，該巷寬度和高度分別為4 200 mm 和2 800 mm，斷面面積 14.6 m2。

2 施工步驟及相應措施

2.1 前期準備

面對膠帶大巷的順槽處進行挑頂，設定的長、寬、深分別為5 000 mm、4 000 mm、1 400 mm，并且應該滿足高度在5 200 mm 以上。在相同情況下，需要在挑頂下設立工作盤，工作盤是由圓木柱構成，采用的圓木柱直徑和長度分別為300 mm 和6 000 mm，設立的工作盤高為2 200 mm，并且需要在工作盤上開設漏煤口，增設一個金屬網，位于巷幫和工作盤之間，如圖1所示。對工作盤的建設工作結束后，需要底板處進行絞車酮室的布置，距離底板2 500 mm 處的位置，絞車酮室內需要在增加耙巖機，其主要的作用就是方便出煤，且需要在工作盤上能夠承受3 mm 厚鋼板[1]。

圖1 掘進施工剖面圖（單位：mm）

2.2 機掘工藝

掘進機選用的型號為EBZ200H，并結合帶式輸送機和轉載機完成出矸任務，每次掘進6 m 需要對帶式輸送機機尾的位置進行改變。

掘進設備采用先中間后四周、自上而下的工作形式進行。使得截割頭在工作面下方開始進刀，當到達迎頭巖壁時，應該將截割電機進行啟動，在每次進刀一個滾筒直徑的長度時，需要對手柄進行油缸控制一次，確保截割頭能夠正常作業到另一側，且向下進行一個滾筒直徑的長度，結束掏槽切割任務。切割過程中，每次的進刀深度和每班進尺分別為0.7 m 和2.4 m。若巖石沒有破碎，需要將進尺提升至3.5 m。架設在進行作業時遇到巖石的硬度高于8 時，需要使用放震動炮的方式提前進行對巖石預裂處理，再開始機掘。在放震動炮的過程中，需要提前保證掘進設備遠離工作面15 m 的距離處進行，且應該采用舊膠帶和道木防護，之后需要開始清煤和整形的流程，以上流程反復進行，等到能夠全部割完煤后，掘進設備應該關機并退出[2]。

2.3 巷道支護

在掘進任務之后，應該在短時間內實行巷道支護操作，噴漿離工作面的距離不高于40 m 左右。

采用氣腿式風鉆和風動錨桿機進行作業，在頂部錨索和錨桿打孔，掘進時需要嚴格考慮對巷道高度參數的調整，不能出現過高或者是過低的現象，如圖2所示為具體的施工工藝。

圖2 機掘施工工藝（單位：mm）

對巷道調查發現，其斷面寬度為4 200 mm，每排設計4 根鋼錨桿，且每根桿之間的排間距為700 mm、900 mm，通過螺帽和墊片進行擰緊。在進行打眼操作時，需要提前采用1.2 m 短鉆桿和2.4 m 長鉆桿依次進行，兩幫錨桿和頂部錨桿孔深分別為1 900 mm 和2 300 mm。錨固過程中，對每個錨桿孔采用樹脂藥卷，且應該保證預緊力大于100 N·m，兩幫錨桿和頂部錨桿的錨固力分別為60 kN 和70 kN 以上。

2.4 輔助運輸

在掘進作業過程中，一般是由耙矸機產生矸石，在通過帶式運輸機運輸至排矸口。采用帶式運輸機的優勢在于運輸過程效率高，不會出現阻礙排矸的現象，所以，在進行排矸作業時主要影響因素是在排矸口排矸不徹底。在進行原炮掘作業時，因為過程中掘進進尺量小，排矸工作可以在矸石轉運系統下進行，然而，當更改綜掘的方式進行作業時，矸石的產量明顯上升，據統計為之前的50%，之前所使用的矸石轉運系統已經不能夠滿足要求。面對這一現象，確保在矸石運輸過程中能夠減小對巷道作業的影響，需要在排矸口構建梭車和臨時矸石倉，其主要目的是能夠將無法儲存的矸石進行儲存，以便于大大提高轉運的效率，減少矸石轉運對掘進作業產生重大的影響。

對排矸系統進行布置，并且要設立獨立的矸石倉，其目的就是能夠實現排矸作業的連續進行，排矸倉用于將矸石進行緩存，從而能夠為排矸作業提供一個良好的環境，減小煤矸混運，增加煤質。

2.5 施工組織優化

根據現在的情況，大部分巷道掘進作業使用的是“三八制”方案，當巷道結束作業后需要在短時間內打設錨桿、錨索，這樣做的優勢在于能夠將支護占用充足的時間，原施工組織流程圖如圖3 所示。

圖3 原施工組織安排流程示意圖

確保能夠在掘進中實現高效作業，需要對掘進作業的每一個流程進行控制，盡可能達到平行工作的目的。巷道大多是以巖石巷道的形式出現，圍巖一般情況下都是賦存比較穩定，且具有很好的承載性，此外，在進行綜掘作業時，對圍巖產生的影響較小，所以應該在離作業面一定長度后再進行巷道支護。具體優化措施為：綜掘機完成破巖作業后對巷道拱頂及時鋪完并布設錨桿進行支護，金屬網和巷幫支護錨桿建設應該距離作業面8 m 左右進行，確保支護錨索和錨桿能夠在同時間進行。在這種情況下，巷幫錨索、巷道掘進滿足了能夠在同一時間進行作業的要求，一定程度上避免了支護作業對掘進的負面效果[3]。

2.6 鉆場施工優化

為了能夠有效解決煤層存在的瓦斯以及實現對作業面及時的排水工作，應該選擇在巷道內進行構建鉆場，鉆場以60 m 的間隔形成，鉆場的寬和深分別為8 m 和10 m，通過矩形斷面方式。因為傳統鉆場大多數是以炮掘的方式，在作業的過程中需要將周邊的工作人員撤出，因此導致了作業效率低。針對該問題進行分析研究，最終采用綜掘機斜切的措施來進行，結果顯示能夠有效地代替傳統的炮掘施工，圖4 為鉆場掘進施工示意圖。該措施使巷道掘進和鉆場掘進可以實現在同一時間段進行。

圖4 鉆場掘進施工示意圖（單位：mm）

3 應用效果

在進行掘進作業時，采用優化后的支護方案進行分析能夠避免掘進機在作業過程中出現不穩定的現象。對巷道安裝頂板離層儀，其作用是能夠監測對不同時刻頂板離層的狀態，如圖5 所示為監測后的結果。

圖5 頂板離層量

4 結語

由于大傾角綜掘作業效率低，通過對煤礦的周圍地質進行勘探和分析后，優化和修改作業工藝和支護措施，避免掘進機在作業過程中出現不穩定的現象。在離工作面200 m 左右處，可以發現頂板深部離層量在7 mm 左右波動，淺部的離層量在3 mm 左右波動，掘進速度平均為16 m/d。

（編輯：王慧芳）