武匯集

（汾西礦業(yè)集團(tuán)高陽煤礦，山西 孝義 032300）

隨著礦井深度增加，煤炭賦存條件更趨復(fù)雜，給巷道快速掘進(jìn)帶來一定制約[1-2]。采用綜掘機(jī)、錨掘一體機(jī)等先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備雖然可在一定程度上提升巷道掘進(jìn)效率，但是當(dāng)巷道掘進(jìn)區(qū)域地質(zhì)條件、煤層性質(zhì)等復(fù)雜時(shí)，上述機(jī)械設(shè)備技術(shù)優(yōu)勢(shì)往往難以有效發(fā)揮[3-5]。通過分析制約巷道快速掘進(jìn)的因素并針對(duì)性進(jìn)行優(yōu)化可提高巷道掘進(jìn)效率[6-7]。為此，本文以山西某礦20803 運(yùn)輸巷掘進(jìn)為工程背景，針對(duì)性地對(duì)巷道支護(hù)以及掘進(jìn)工藝等進(jìn)行優(yōu)化，在確保掘進(jìn)質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)了巷道快速掘進(jìn)。

1 工程概況

20803 工作面開采8#煤層，煤層厚度3.2 m，煤層均在一定程度出現(xiàn)分叉情況，中間夾雜有厚度介于0 m～1.5 m 矸石。8#煤層下覆為9#煤層，層間距平均6.3 m。20803 運(yùn)輸巷沿著8#煤層頂板掘進(jìn)，采用綜掘方式，巷道頂?shù)装迥鄮r、石灰?guī)r以及砂巖等為主，具體頂?shù)装鍘r性見圖1 所示。8#煤層頂板為典型的復(fù)合結(jié)構(gòu)，頂板穩(wěn)定性相對(duì)較差，同時(shí)根據(jù)已有地質(zhì)資料可知，20803 運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間會(huì)揭露斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造，受地質(zhì)構(gòu)造影響煤巖層裂隙發(fā)育、穩(wěn)定性變差。20803 運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間受到地質(zhì)條件、煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜等因素影響，巷道掘進(jìn)期間面臨支護(hù)難度高、后續(xù)維護(hù)難度大以及掘進(jìn)效率不高等問題。

圖1 8#煤層頂?shù)装鍘r性

2 巷道圍巖支護(hù)優(yōu)化以及掘進(jìn)工藝優(yōu)化

2.1 支護(hù)優(yōu)化

2.1.1 支護(hù)設(shè)計(jì)

巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮煤層賦存條件、地應(yīng)力、斷層等影響因素。20803 運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)斷面為矩形，沿著8#煤層頂板掘進(jìn)，巷道斷面達(dá)到22 m2（巷高4.0 m、巷寬5.5 m）。為確保巷道圍巖穩(wěn)定，提出使用錨網(wǎng)索構(gòu)成永久支護(hù)對(duì)圍巖進(jìn)行控制。頂板支護(hù)體系包括螺紋鋼錨桿、鋼絞線錨索以及鋼筋網(wǎng)構(gòu)成；巷幫支護(hù)采用螺紋鋼錨桿、金屬網(wǎng)。在對(duì)巷道永久支護(hù)施工期間采用滑移式支架構(gòu)成臨時(shí)支護(hù)，確保錨桿施工期間頂板穩(wěn)定。

依據(jù)20803 運(yùn)輸巷實(shí)際條件采用理論計(jì)算方法得到巷道頂板、巷幫支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)分別大于83 t/m、63 t/m。20803 運(yùn)輸巷采用錨網(wǎng)索支護(hù)時(shí)支護(hù)體系提供的支護(hù)強(qiáng)度均大于理論計(jì)算值，但是考慮到運(yùn)輸巷所處區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，圍巖受地應(yīng)力以及構(gòu)造應(yīng)力等影響顯著，在具體支護(hù)時(shí)應(yīng)適當(dāng)采取一定保險(xiǎn)系數(shù)提高圍巖支護(hù)可靠性。具體設(shè)計(jì)的運(yùn)輸巷圍巖支護(hù)斷面見圖2 所示。

圖2 圍巖支護(hù)斷面圖（mm）

2.1.2 施工工藝

在巷道錨網(wǎng)索施工時(shí)由于巷道左側(cè)需要懸掛風(fēng)筒，為此運(yùn)輸巷頂板靠近左側(cè)以及左側(cè)幫靠近上部的錨桿應(yīng)緊跟掘進(jìn)迎頭施工。巷道左側(cè)錨桿采用人工施工，后續(xù)錨桿、錨索使用錨桿鉆車緊跟掘進(jìn)機(jī)施工。錨桿、錨索等施工應(yīng)在滑移支架保護(hù)下進(jìn)行。當(dāng)巷道頂板或者兩幫巖體破碎需要掛設(shè)金屬網(wǎng)輔助支護(hù)時(shí)，先在巷道頂板、兩側(cè)巷幫中部施工3 根錨桿掛設(shè)金屬網(wǎng)，剩余的錨桿、錨索均通過錨桿鉆車打設(shè)。當(dāng)巷道掘進(jìn)遇地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，在頂板巖層破碎、構(gòu)造應(yīng)力大，巷道頂板冒落以及煤壁片幫等風(fēng)險(xiǎn)增加，巷道采用短掘短支工藝，永久支護(hù)體系應(yīng)緊跟掘進(jìn)迎頭施工。

在巷道永久支護(hù)體系施工期間，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂制度，確保作業(yè)點(diǎn)安全后方可進(jìn)行施工。在施工巷幫錨桿時(shí)應(yīng)先清理活矸，并在施工期間嚴(yán)密關(guān)注巷幫情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)停止施工。

2.2 掘進(jìn)工藝

20803 運(yùn)輸巷掘進(jìn)時(shí)采用的截割工藝見圖3 所示，正常地質(zhì)條件時(shí)截割破煤時(shí)由左及右、由下及上，當(dāng)掘進(jìn)遇地質(zhì)構(gòu)造時(shí)則由上及下截割。巷道掘進(jìn)時(shí)先由巷道底部（左下方）掏槽開始截割，確保掏槽深度在600 mm 以內(nèi)，截割出來的煤炭經(jīng)刮板輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)胶蟛繋捷斔蜋C(jī)上。綜掘機(jī)截割部在液壓裝置帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)水平、上下移動(dòng)，從而完成巷道掘機(jī)。

圖3 截割工藝

在完成整個(gè)掘機(jī)斷面割煤工作后，綜掘機(jī)后退3 m～5 m，切割部落地、停機(jī)閉鎖并中斷綜掘機(jī)供電，在截割部增蓋防護(hù)罩。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

巷道圍巖控制效果以及掘進(jìn)進(jìn)尺是橫梁圍巖掘進(jìn)及工藝優(yōu)化效果的直觀指標(biāo)。在20803 運(yùn)輸巷采用文中所述支護(hù)參數(shù)以及掘進(jìn)工藝后，巷道在后續(xù)掘進(jìn)期間掘進(jìn)進(jìn)尺平均可達(dá)到480 m/月，耗時(shí)8 個(gè)月即完成巷道掘進(jìn)，具體巷道各個(gè)月掘進(jìn)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1 所示。在20803 運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間各個(gè)工序可相互配合，掘進(jìn)效率得以提升，有效解決了輔助條件對(duì)巷道掘進(jìn)影響。對(duì)支護(hù)完成后巷道圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)頂?shù)装謇鄯e變形量為67 mm、巷板累積變形量為26 mm，同時(shí)未監(jiān)測(cè)到頂板離層情況，表明文中所采取的支護(hù)措施可滿足巷道圍巖控制需要。

表1 巷道掘進(jìn)進(jìn)尺統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4 結(jié)語

山西某礦20803 運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間，采用長(zhǎng)距離鉆探以及物探技術(shù)對(duì)掘進(jìn)工作面前方煤巖體賦存情況以及地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況進(jìn)行詳細(xì)探測(cè)，發(fā)現(xiàn)巷道掘進(jìn)區(qū)域內(nèi)煤層結(jié)構(gòu)以及地質(zhì)條件等較為復(fù)雜，制約巷道快速掘進(jìn)因素多。依據(jù)掘進(jìn)巷道實(shí)際情況，對(duì)巷道支護(hù)參數(shù)以及支護(hù)工藝等進(jìn)行優(yōu)化，并通過制定合理的快速掘進(jìn)工藝實(shí)現(xiàn)了巷道快速掘進(jìn)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，20803 運(yùn)輸巷掘進(jìn)進(jìn)尺提升至480 m/ 月，巷道耗時(shí)8個(gè)月即完成掘進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜條件巷道快速掘進(jìn)。