彭志濤

焦煤公司趙固二礦,河南 新鄉(xiāng) 453600

0 引言

在國內(nèi)煤礦開采中,井下開采和掘進(jìn)銜接較為緊張的情況相對較多。全面做好回采與掘進(jìn)工作的銜接對于提升煤礦開采質(zhì)效十分關(guān)鍵,特別是對大斷面煤巷,全面做好掘進(jìn)支護(hù)工作十分重要。但從掘進(jìn)情況來看,由于受到各種地質(zhì)因素、施工組織等影響,十分容易導(dǎo)致采掘銜接緊張的問題?；诖?本文針對趙固二礦11041工作面掘進(jìn)過程中存在的問題,綜合巷道各類地質(zhì)情況,提出了一系列優(yōu)化改進(jìn)措施,全面提升了大斷面煤巷掘進(jìn)質(zhì)效。

1 工程概況

趙固二礦11041工作面目前開采的是二1煤層,煤層傾角平均為4°,煤層的厚度平均為6.3 m。從勘察情況來看,頂板巖層主要是粉砂巖,從測量情況來看,抗壓強(qiáng)度為89 MPa,煤層的抗壓強(qiáng)度為12 MPa。從整體情況來看,所采的煤層屬于中等強(qiáng)度的煤層,煤體較為堅(jiān)硬,所處地質(zhì)構(gòu)造也相對簡單,因此,在本次開采過程中,適合采用大斷面煤巷快速掘進(jìn)的方式[1]。11041工作面順槽巷道原支護(hù)設(shè)計(jì)方式如圖1所示。

圖1 11041工作面順槽巷道原支護(hù)設(shè)計(jì)方式

2 目前巷道快速掘進(jìn)存在的主要問題

從11041工作面下順槽巷道施工情況來看,在支護(hù)過程中存在以下問題。

1)在連續(xù)進(jìn)行開采與掘進(jìn)的過程中,與具體的支護(hù)工作出現(xiàn)了不協(xié)調(diào)的問題,人與機(jī)器的工作時(shí)間浪費(fèi)較多,綜合機(jī)械化掘進(jìn)的優(yōu)勢無法有效發(fā)揮。

2)從錨桿支護(hù)情況來看,前期的準(zhǔn)備工作與開展臨時(shí)支護(hù)所消耗的時(shí)間相對較多,各個(gè)班組在銜接的過程中,接替不夠科學(xué)合理,影響到整個(gè)掘進(jìn)的速度。

3)在具體掘進(jìn)時(shí),錨桿支護(hù)占用的時(shí)間較多。導(dǎo)致問題的原因主要有以下幾點(diǎn)。①由于采用的是機(jī)器掘進(jìn)巷道,得到的巷道不規(guī)范,在打眼的過程中,有跑鉆的問題發(fā)生。選擇使用錨桿支護(hù)的巷道多數(shù)是矩形巷道,頂板和兩幫不平整,對打眼的速度產(chǎn)生較大影響。②在進(jìn)行頂板和兩幫錨桿施工時(shí),無法進(jìn)行平行施工,頂板與兩幫的錨桿設(shè)置在同一輪廓上,在具體安裝時(shí),出現(xiàn)了相互影響[2]。③從操作的情況來看,現(xiàn)場安裝人員的操作不夠嫻熟,錨桿在安裝時(shí)消耗的時(shí)間較長。④幫部使用的鉆桿整體長度較長,在兩幫同時(shí)進(jìn)行打眼的過程中,會有相互影響的問題?，F(xiàn)場施工過程中,出現(xiàn)了較多重復(fù)安裝錨桿的問題,若攪拌不到位或者錨固失效,需要進(jìn)行補(bǔ)打,導(dǎo)致延長的時(shí)間相對較長。

4)在巷道掘進(jìn)的過程中出現(xiàn)了巷道幫部片幫的問題,影響巷道掘進(jìn)效果。

5)從現(xiàn)場巷道掘進(jìn)情況來看,出現(xiàn)了瓦斯?jié)舛认鄬^高的問題。

3 巷道掘進(jìn)技術(shù)優(yōu)化措施

3.1 優(yōu)化掘進(jìn)臨時(shí)支護(hù)措施

從掘進(jìn)迎頭臨時(shí)支護(hù)來看,目前主要采取的竄管前探梁、支護(hù)加橫梁的方式,對整體的掘進(jìn)效率產(chǎn)生較大的影響[3]。因此,為了更好地保證掘進(jìn)臨時(shí)支護(hù)效果,項(xiàng)目選擇機(jī)載臨時(shí)支護(hù)系統(tǒng)替代原來使用的前探梁支護(hù)方式。此外,為了更好地提升支護(hù)效果,在支護(hù)時(shí),設(shè)計(jì)采用了4個(gè)前支撐盤,從而保證巷道頂板、底板能夠緊密連接,確保固定到位。在掘進(jìn)過程中,對于頂板出現(xiàn)破碎的位置,在支撐盤上有針對性地加入優(yōu)質(zhì)大板,板材尺寸根據(jù)頂板破碎情況選擇,確保臨時(shí)支護(hù)系統(tǒng)可靠。在掘進(jìn)支護(hù)過程中,最大的空頂距設(shè)計(jì)為1.8 m,最小的空頂距設(shè)計(jì)為0.2 m。通過對臨時(shí)支護(hù)系統(tǒng)采取針對性的優(yōu)化措施,有效提升了支護(hù)效果,縮短了臨時(shí)支護(hù)的時(shí)間,根據(jù)現(xiàn)場測算,臨時(shí)支護(hù)時(shí)間從20 min壓縮到了10 min。

3.2 采取淺孔注水措施

從現(xiàn)場勘察情況來看,掘進(jìn)巷道出現(xiàn)的片幫問題主要發(fā)生在煤壁自由端的淺層,因此需要對煤壁自由端淺層進(jìn)行針對性的改性,提升煤層的抗剪強(qiáng)度和內(nèi)聚力,從而有效防止煤層出現(xiàn)持續(xù)片幫的問題?；诖?本次的優(yōu)化措施采取了淺孔注水的方式,該方式可有效控制煤壁片幫的問題,同時(shí),也可有效降低掘進(jìn)工作面注水作業(yè)的難度以及對掘進(jìn)作業(yè)的外界干擾,提升工作面防塵效果。

本次鉆孔的孔徑設(shè)計(jì)為40 mm,深度控制在4 m,傾角向上傾斜15°,這樣可更好地提升注水效果,注水的壓力控制在4 MPa左右,注水時(shí)間一般控制在30 min左右,當(dāng)鉆孔的孔口位置出現(xiàn)大量出水情況時(shí),須停止進(jìn)行注水[4]。具體鉆孔布置如圖2所示。

圖2 具體鉆孔布置

3.3 全面做好瓦斯抽采

針對本次掘進(jìn)過程中出現(xiàn)的瓦斯超標(biāo)問題,采取邊掘進(jìn)、邊進(jìn)行瓦斯抽采的方式,能夠更好地確保掘進(jìn)效果。在具體實(shí)施時(shí),通過在巷道兩側(cè)設(shè)置鉆場,并進(jìn)行長距離瓦斯抽放鉆孔施工,實(shí)現(xiàn)對瓦斯的有效抽采,通過降低掘進(jìn)過程中出現(xiàn)的瓦斯,從而解決瓦斯超量涌出的問題。在進(jìn)行掘進(jìn)工作面瓦斯抽采時(shí),在工作面設(shè)置長度為25 m的瓦斯釋放孔,實(shí)現(xiàn)對迎頭前方瓦斯的有效釋放。本次的鉆孔一共設(shè)置3排,設(shè)計(jì)采用三花布置方式:上排設(shè)置7個(gè)鉆孔,下排設(shè)置7個(gè)鉆孔,中間位置設(shè)置6個(gè)鉆孔,每排間距為0.5 m,孔間距為1 m[5]。瓦斯抽放鉆孔布置示意如圖3所示。

圖3 瓦斯抽放鉆孔布置示意

3.4 使用掘錨一體機(jī)

為了更好地提升掘進(jìn)支護(hù)效果,選擇使用EBZ200M-2H掘錨一體機(jī),該機(jī)器的優(yōu)勢主要為結(jié)構(gòu)緊湊,操縱靈活,集掘進(jìn)、裝運(yùn)、行走、支護(hù)、錨固等功能于一體,突破“掘+錨”加裝式的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)束縛,廣泛適用于煤礦巷道、工程隧道及其他礦山巷道的掘進(jìn)與開采。該機(jī)型可根據(jù)不同工況和斷面情況適配不同切割頭,提升破巖效率、降低切割損耗,并能選配可伸縮切割機(jī)構(gòu),擴(kuò)大作業(yè)范圍。

從設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)場的情況來看,在具體施工時(shí),采取頂板與兩幫錨桿空間不成排支護(hù)的方式,具體就是在掘進(jìn)時(shí),頂板錨桿與兩幫的錨桿采取不對齊布置,機(jī)組整體不后退,這樣可更好地提升掘進(jìn)的速度和質(zhì)量。技術(shù)人員先進(jìn)行頂板錨桿的施工,然后再進(jìn)行兩幫錨桿的施工,兩者之間的距離為0.3m。同時(shí),對工作面割煤工藝優(yōu)化(見圖4),選擇使用在巷道煤壁中部進(jìn)行進(jìn)刀的方式,上下分2次進(jìn)行截割成型,最大限度降低空頂?shù)拿娣e,嚴(yán)防漏頂?shù)膯栴}發(fā)生[6]。

圖4 割煤工藝優(yōu)化示意圖

為了更好地提升施工質(zhì)量,本次在進(jìn)行掘進(jìn)時(shí),對于超挖的尺寸嚴(yán)格控制在0.2 m以內(nèi),采取一次成型的方式,對于錨桿、錨索之間的誤差控制在±50 mm以內(nèi)。同時(shí),在施工過程中,若出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的頂板破碎或淋水等問題時(shí),應(yīng)及時(shí)進(jìn)行錨索的補(bǔ)打。為了更好地監(jiān)控掘進(jìn)過程中頂板離層的情況,每間隔50 m設(shè)置1個(gè)頂板離層儀,對圍巖變形情況進(jìn)行更好的觀測[7]。

3.5 對永久支護(hù)工藝進(jìn)行優(yōu)化

對于本次支護(hù)中出現(xiàn)的施工速度較慢,甚至窩工的問題。在永久支護(hù)的過程中,對相關(guān)的工序進(jìn)行了優(yōu)化和提升。

1)在地質(zhì)條件滿足的情況下,選擇使用“掘二錨二”的方式,也就是一次性割煤2排,然后支護(hù)2排;對于地質(zhì)條件相對較差的問題,選擇使用“掘一錨一”的方式。

2)由于本次是大斷面煤巷全斷面一次成型,對于地段中無法一次成型的位置,本次在兩幫位置首先錨固2～3根錨桿,在完成了全斷面成型之后,再完成后續(xù)的支護(hù)施工。

3)對巷道兩幫鋪設(shè)金屬網(wǎng)的長度,嚴(yán)格控制低于錨桿鋼護(hù)板下端的位置,為補(bǔ)打下部錨桿提供空間,嚴(yán)防出現(xiàn)在補(bǔ)打錨桿的過程中,需要對錨接網(wǎng)施工。

4)在滿足施工條件的情況下,應(yīng)首先進(jìn)行頂板施工,然后再進(jìn)行兩幫施工。

5)全面強(qiáng)化員工培訓(xùn),推動各個(gè)支護(hù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè),增強(qiáng)一線員工操作標(biāo)準(zhǔn)化水平,確保各個(gè)環(huán)節(jié)的支護(hù)質(zhì)量,增強(qiáng)支護(hù)的整體效率。

4 大斷面煤巷掘進(jìn)效果分析

在對巷道掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化后,對巷道全斷面變形情況進(jìn)行了全面觀測,得到了巷道位移與掘進(jìn)工作面距離變化曲線,如圖5所示。

圖5 巷道位移與掘進(jìn)工作面距離變化曲線

由圖5可知,在選擇使用上述掘進(jìn)優(yōu)化和提升技術(shù)后,巷道頂板的最大位移不超過5 mm,兩幫的相對收斂不超過7 mm,在保證巷道功能的基礎(chǔ)上,有效確保了巷道的穩(wěn)定性。特別是在對掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化之后,原來支護(hù)中選擇使用的粗鋼筋托梁被取消,支護(hù)難度和勞動強(qiáng)度也隨之降低。從本次測算來看,掘進(jìn)速度從每月可掘進(jìn)200 m,提升到了每月可掘進(jìn)300 m,掘進(jìn)效率提升明顯。

5 結(jié)束語

本文對趙固二礦11041工作面巷道掘進(jìn)中存在的主要問題進(jìn)行了分析,結(jié)合大斷面巷道實(shí)際情況,對臨時(shí)支護(hù)措施、淺孔注水措施、做好對瓦斯的抽采、選擇使用掘錨一體機(jī)、永久支護(hù)工藝方面進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。從效果來看,不僅解決了巷道掘進(jìn)中存在的問題,也增強(qiáng)了巷道整體掘進(jìn)的質(zhì)效。

在對大斷面煤巷進(jìn)行掘進(jìn)的過程中,相對于先前普通的綜掘巷道支護(hù)技術(shù)有著較大的不同,需要采取針對性的優(yōu)化措施,對各方面的情況和因素進(jìn)行綜合考量,全面提升各個(gè)環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化程度,有利于提升大斷面煤巷的掘進(jìn)效果。