侯俊杰
(潞安集團(tuán)寺家莊有限責(zé)任公司,山西 晉中 045300)
在實(shí)際生產(chǎn)中,由于巷道掘進(jìn)速度低導(dǎo)致整個(gè)煤礦生產(chǎn)的進(jìn)度被制約。因此,為從整體上提升煤礦的生產(chǎn)效率,提升煤礦效益,需實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道的快速掘進(jìn)[1-2]。煤礦巷道的掘進(jìn)效率受所采用掘進(jìn)設(shè)備的能力、性能、支護(hù)方案以及掘進(jìn)工藝等影響。因此,對(duì)采掘工作面中巷道的支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化,并對(duì)所配套的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行確定。
煤礦共包含有山西組和太原組兩類煤層,其中山西組煤層的平均厚度為5.91 m,太原組煤層的平均厚度為7.63 m。本文將以其中3 號(hào)煤層所處工作面為例開展研究,該煤層所處工作面的頂?shù)装迩闆r如表1 所示。
表1 3 號(hào)煤層工作面頂?shù)装迩闆r
經(jīng)探測(cè),3 號(hào)煤層所處工作面瓦斯的相對(duì)涌出量為1.02 m3/t,絕對(duì)涌出量為2.28 m3/min,而且該礦井屬于低瓦斯礦井。
目前,針對(duì)3 號(hào)煤層工作面巷道在實(shí)際掘進(jìn)過(guò)程中存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、排矸距離遠(yuǎn)、安全風(fēng)險(xiǎn)高、支護(hù)密度大、支護(hù)效率低等問(wèn)題。上述因素導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)其快速掘進(jìn)。
目前,巷道所采用的支護(hù)方式為錨桿支護(hù),具體支護(hù)參數(shù)如下:
頂板采用高強(qiáng)應(yīng)力扭矩錨桿,所選型錨桿的直徑為22 mm,錨桿長(zhǎng)度為2 200 mm,錨桿間距為800 mm,錨桿排間距為700 mm。
兩幫采用右旋全螺紋鋼錨桿,所選型錨桿的直徑為20 mm,錨桿長(zhǎng)度為2 200 mm,錨桿間距為700 mm,錨桿排間距為700 mm。
為實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面巷道的快速掘進(jìn),在保證掘進(jìn)安全的前提下應(yīng)考慮巷道支護(hù)施工的效率和質(zhì)量。經(jīng)分析,在原支護(hù)方案的基礎(chǔ)上分析導(dǎo)致支護(hù)施工效率低的主要問(wèn)題時(shí)錨桿設(shè)置密度過(guò)大所導(dǎo)致[3]。因此,為響應(yīng)快速掘進(jìn)的需求,在保證錨桿尺寸不變的基礎(chǔ)上特設(shè)計(jì)如表2 所示的三種支護(hù)方案,并對(duì)不同支護(hù)方案進(jìn)行對(duì)比,最終給出最佳支護(hù)方案。
表2 巷道支護(hù)方案
對(duì)應(yīng)錨桿的直徑均為22 mm,錨桿長(zhǎng)度為2 200 mm;對(duì)應(yīng)錨索的直徑為17.89 mm,錨索長(zhǎng)度為6 000 mm。其中,錨桿的預(yù)緊力為60 kN;錨索的預(yù)緊力為100 kN。
本工程確定最佳方案的原則為在對(duì)巷道圍巖進(jìn)行良好控制的基礎(chǔ)上,盡可能地減小錨桿的布置密度和施工難度。為此,本文將基于數(shù)值模擬軟件根據(jù)表1 中的巖層參數(shù)建立模型,并對(duì)三種不同支護(hù)方案下巷道圍巖的最大應(yīng)力,結(jié)果顯示,對(duì)于頂板應(yīng)力而言,1 號(hào)方案對(duì)應(yīng)的頂?shù)装鍛?yīng)力最小,為6.35 MPa;最大為2 號(hào)方案對(duì)應(yīng)的6.39 MPa。對(duì)于兩幫而言,1 號(hào)方案對(duì)應(yīng)的應(yīng)力最小,為13.65 MPa;最大為2 號(hào)方案對(duì)應(yīng)的13.66 MPa。
綜上所述,最終選用1 號(hào)方案對(duì)巷道圍巖進(jìn)行支護(hù)。
在保證高效對(duì)采掘工作面支護(hù)的基礎(chǔ)上,需解決實(shí)際采掘過(guò)程中的設(shè)備、工藝、管理以及自然條件等問(wèn)題才能夠?qū)崿F(xiàn)工作面的快速采掘。就巷道掘進(jìn)任務(wù)而言,其主要包含有鉆眼、爆破和裝運(yùn)三個(gè)關(guān)鍵核心工序。各個(gè)工序所存在的問(wèn)題均會(huì)制約掘進(jìn)效率,具體闡述如下:
1)鉆眼工序。目前,巷道所采用的鉆眼設(shè)備為啟動(dòng)鑿巖機(jī),該設(shè)備的功率較小,鉆眼效率低,且所鉆眼的深度較淺。
2)裝運(yùn)工序。經(jīng)核算可知,裝運(yùn)工序所消耗的時(shí)間占據(jù)整個(gè)掘進(jìn)任務(wù)中的40%左右。因此,實(shí)現(xiàn)高效、快速裝運(yùn)也是實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)的措施之一。
為響應(yīng)采掘工作面安全、高效的生產(chǎn)需求,要求所配套的機(jī)械設(shè)備遵循如下原則:
1)涉及到各個(gè)工序盡可能采用機(jī)械化設(shè)備,提高生產(chǎn)效率。
2)要求所選型設(shè)備均能夠相互匹配,相互適應(yīng)。
3)所配套設(shè)備的數(shù)量應(yīng)具有一定的冗余度,以備不時(shí)之需[5]。
基于當(dāng)前實(shí)際掘進(jìn)問(wèn)題和機(jī)械配套設(shè)備選型原則分析的基礎(chǔ)上,該工程所配套機(jī)械設(shè)備的型號(hào)及關(guān)鍵參數(shù)如表3 所示。
表3 機(jī)械設(shè)備配套統(tǒng)計(jì)
實(shí)現(xiàn)采掘工作面的高效、安全生產(chǎn)是保證煤礦生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。目前,綜采工作面在采煤機(jī)、采煤工藝以及合理支護(hù)的管理下其生產(chǎn)效率已經(jīng)明顯高于掘進(jìn)工作面,導(dǎo)致掘進(jìn)工作面與綜采工作面生產(chǎn)能力不匹配,最終制約了整個(gè)煤礦的生產(chǎn)能力。因此,當(dāng)前首要問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面的快速掘進(jìn),根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理支護(hù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,選擇機(jī)械化程度高、效率高、可靠性高的機(jī)械設(shè)備配套工作面的快速掘進(jìn)。