四老溝煤礦1021 工作面巷道快速掘進工藝研究

任 俊

（晉能控股煤業集團安全生產指揮中心，山西 大同 037001）

1 概況

四老溝煤礦主采盤區1021 工作面煤層上覆臨近煤層采空區，經探測采空區有積水，煤層穩定性低，煤層偽頂為0.7 m 的粉砂巖，直接頂為厚度6.2 m 的細砂巖。1021 工作面的運輸順槽經過8 號煤層，8 號煤層頂板存在砂質泥巖層，在水作用下容易膨脹、軟化，穩定性降低，巷道掘進存在很大難度。基于以上原因進行工作面巷道快速掘進截割、支護等工藝以及工序研究[1-6]，保證掘進安全的前提下，提升掘進效率。

2 快速掘進工藝

（1）綜掘機截割工藝

1021 工作面運輸順槽掘進采用EBZ300 型綜掘機，掘進期間遇到巖質較為穩定、地質條件較好的掘進段，采用中心進刀、四周刷幫的快速掘進截割方式[7-10]，截割路徑示意圖如圖1（左）；掘進遇到巷道頂部圍巖穩定性下降、有破碎冒頂風險情況下，采用多段截割掘進的方式，即將掘進工作面分為左右兩個部分，首先截割橫截面的三分之一部分，然后掘進剩余部分，可以有效降低掘進空頂時間，對掘進巷道頂部巖層具有很好的保護作用，降低冒頂事故風險，截割路徑示意圖如圖1（右）。

圖1 不同巖層結構特點下的掘進截割路徑示意圖

（2）掘進支護工藝

常規的錨網巷道掘進支護工藝多采用戴帽點柱臨時支護，架棚支護巷道一般采用前探梁臨時支護工藝，但這兩種常規支護工藝復雜、施工繁復，支護效果雖能得到保證，但在支護施工中存在頂部空頂時間長和兩幫暴露時間長的問題，無法適應1021工作面巷道巖層特點。結合對截割工藝和路徑的分析，以降低支護施工用時以及保證支護效果為前提，采用配置機載液壓前探梁的掘進支護工藝。前探梁布置如圖2。

圖2 機載液壓前探梁布置示意圖（mm）

通過采用機載液壓前探梁支護，在1021 工作面巷道掘進過程中有效降低了空頂時間，而且支護強度增加，對錨網形成向上的托舉力，使得施工作業復雜性減低。機載設備采用鉸接軸聯結，液壓設備依靠兩位三通閥實現控制，保證了掘進系統和支護系統的獨立控制。通過對比發現，采用機載液壓前探梁支護比傳統的臨時支護工藝節約時間成本約20%。

（3）掘進工序

掘進工序中，巷道支護工作需要占據一半左右的時間，通過調整輔助工序與支護工序的作業方式和順序，提升掘進效率。1021 工作面巷道采用多工序平行作業掘進工序。首先，對容易失穩的巷道進行錨桿安裝，其他錨桿則根據掘進段的地質特點在距離迎頭20 m 左右的范圍內待掘進機掘進通過后滯后安裝。該工序調整，使得掘進工序和支護工序可以相對平行開展。另外，在滯后錨桿安裝時間內，可以進行電機檢修、設備維護等工作。平行工序作業圖如圖3。

圖3 快速掘進平行作業工序

3 應用效果

為了檢驗掘進截割、支護以及平行作業工序等快速掘進工藝效果，對1021 工作面運輸順槽的頂底板移近量和兩幫移近量進行監測和統計，計算頂底板和兩幫在掘進支護后的移近速度，如圖4。

圖4 掘進支護后頂底板和兩幫移近速度圖

從圖4 可以看出，在掘進支護后，巷道頂底板和兩幫的變形速度由大逐漸減小，變形階段大致可以分為三部分：3 d 內的變形量較大，為急速變形階段；3～6 d 內巷道變形量逐漸減小，變形幅度變化程度不大，為平穩變形階段；7 d 之后巷道形變量非常小，為穩定階段。相較而言，兩幫的移近速度會大于頂底板的，說明巷道受力變形影響最大的是水平應力，但最大移近速度沒有超過14 mm/d，總體變形量都沒有超過40 mm，表明該快速掘進工藝的可操作性和支護效果可以滿足1021 工作面巷道巖層特點。

4 結論

通過對1021 工作面的運輸順槽巖層特點研究，進行快速掘進工藝優化，結論如下：

（1）針對不同掘進段的巖層特點，分別采用中心進刀四周刷幫和多段截割掘進兩種截割路徑，保證不同條件下掘進巷道穩定性和掘進速度。

（2）配置機載液壓前探梁支護工藝，有效降低了空頂時間，支護效果穩定，支護難度降低，掘進單位循環進尺量增加，掘進速度明顯加快。另外掘進系統和支護系統的獨立控制，極大地增加了掘進機械化程度以及支護強度，節約時間約20%。

（3）對容易失穩巷道進行頂板錨桿安裝，幫部錨桿在距離迎頭20 m 左右范圍內待掘進機掘進通過后滯后安裝的方式，大幅度降低整體掘進周期。

（4）通過對1021 工作面運輸順槽的移近量進行測量和實時記錄，7 d 后巷道基本穩定，且最大移動量不超過40 mm，證明了快速掘進工藝的可實施性。