復雜地質條件下大斷面煤巷快速掘進研究與實踐

摘要：由于復雜的地質條件給煤巷的快速掘進和支護造成了巨大的不利影響，為了達到在復雜地質條件下大斷面煤巷進行快速掘進這一目的，平煤股份四礦提出了從提高掘進技術、優化頂板支護技術、合理輔助運輸、改善施工工藝等方面著手研究。

關鍵詞：大斷面煤巷 快速掘進 支護技術

0 引言

隨著社會經濟的發展，煤炭的作用也變得越來越重要起來。因此如何保障煤炭行業的可持續發展就成了一個重要問題?？傮w來說應該要從科技和管理兩方面入手，軟件和硬件設施上雙管齊下。對于如何在安全的前提下成功的實現快速掘進的目標，平煤股份四礦進行了幾個方面的探究和實踐。

1 礦井簡介

平煤股份四礦是集團公司的主力礦井之一，是一座設備先進技術頂尖的現代化礦井。隨著開采的深度在加深，地質條件越來越復雜，礦井隱患也隨之增加。這對礦井的開采效率和安全生產都可能造成巨大的威脅，為了最終達到安全、高效率的開采，平煤股份四礦進行了多方面的努力。

2 大斷面煤巷快速掘進數值模擬

煤巷掘進是一個連續的、動態變化的過程，因此可以采用三維有限差分軟件FLAC 3D根據平煤股份四礦工作面地質條件建立模型。因為整個模型是對稱的，所以模型取一半，如圖1。

2.1 方案設計 掘進循環進尺大小對實際煤巷快速掘進有決定性影響。掘進進尺不同時，巷道圍巖應力場和位移場分布特征不同。

如圖2所示：a不管掘進進尺怎樣，掘進頭前方的煤體和頂板底板都會出現應力增大區，而掘進頭后方一定范圍內則會出現應力降低區，且應力降低區呈一個拱形；b當掘進進尺達到了3.2米的時候，由于端頭效應的影響，掘進頭頂板此時出現了應力集中的現象，而這一現象明顯對煤巷快速掘進非常不利；c當掘進進尺在1.6-2.4米之間的時候，在端頭附近所引起的垂直應力擾動，不管是從應力集中程度來說，還是從擾動影響的范圍廣度來說，都是對煤巷快速安全掘進沒有太大影響的。綜上所述，采用1.6米的掘進進尺是適合的，如果頂板條件優良還能夠使用2.4米的掘進進尺。按照三掘一檢修的制度，每個掘進班三個循環，平均每日能夠達到14.4-21.6米的進尺速度，這就大大的提高了掘進速度。

2.2 支護保障 在掘進的途中僅有錨桿的保護時，掘進頭附近應力明顯集中，頂底板圍巖塑性區和拉伸破壞區發育范圍較大，因為錨桿承受了大部分徑向拉伸和剪切力，即便圍巖并沒有遭到高強度破壞，但是頂板的“弱化高度”已經明顯加大，這對安全快速掘進是不利的。如果用錨桿和錨索配合支護，可以形成一個6-8米范圍的耦合承載區，所以就能相應的減低應力的集中程度。再讓錨索對頂板進行深部錨固，在錨固的同時和錨桿共同形成組合拱承載結構，并在此基礎之上增加錨桿和錨索的數量，共同工作共同作用對頂板產生連續支撐點，減緩其下沉速度。底角錨桿主要作用就是為了降低巷道底板塑性區發育范圍，使底板鼓起的數量大大減低，從而達到煤巷快速安全掘進的最終目的。

3 大斷面煤巷快速掘進配套設備

3.1 新型錨桿鉆機的開發 錨桿鉆機可分為三類：第一類是手持式；第二類是移動式；第三類是機載鉆機。在如今科技日新月異的時代，錨桿機也在迅速的發展，國外許多國家如法、德、英以及瑞典等國家在錨桿機技術上都已經達到一個較高的水平。

而國內大部分的礦井使用的還是單體錨桿鉆機，平煤股份四礦之前使用的是CHDDR型頂板錨桿機。這種頂板錨桿機有幾大缺陷，首先它的機體過長，其次就是調機速度比較緩慢，最嚴重的就是適應性差，無法在頂板條件不夠好的情況下完好適應。這就給煤礦的開采造成了極大的不便，不僅增加了不少工人的勞動量，而且支護速度也大大減緩，甚至可能造成極大的安全問題。這種錨桿機已經不適應平煤股份四礦在如此復雜的地質條件下的采礦工作。

介于諸多因素，平煤股份四礦迅速召集了一批科研力量，自制成功新型錨桿機。這種新型錨桿機，不僅可以完全克服CHDDR型錨桿機所存在的各種問題，而且還解決了國內錨桿機所存在的效率低、易損壞、靈活度不夠等問題。這種新型錨桿機安全、便捷、靈活、生產效率高、功能多、具有良好適應性且可靠度也是非常的高。新型錨桿機的使用在運行期間省時省力，能夠有效防止潛在危險的發生，而且它的機型體積比較小，操作起來相對靈活。

3.2 快速掘進的配套設備 因為當地的地質條件復雜，斷面大，所以在掘進機的選擇上要求較高。平煤股份四礦選擇了使用新型錨桿機和掘進機S200MJ配套的方式。新型錨桿機進行快速安全支護，而掘進機進行快速掘進，兩者相結合有效的提高了掘進的效率和速度。

掘進之后的運輸工作也是相當重要的，通暢的運輸才能保證工作效率的提高。平煤股份四礦在運輸之上則是選擇采用一種多功能的運輸機SDP-650，這種運輸機上可運輸煤炭，下面還能運送一些材料或者廢棄物品，從而節約了運輸時間加快了掘進速度。

4 優化支護參數，改進施工工藝

支護速度的快慢和施工工藝的科學性，兩者都影響著掘進速度的快慢。首先是對錨桿支護參數的優化。在保障安全的前提下，平煤股份四礦決定增強頂板和兩幫的加固強度，這樣做不僅整體增強了支護力度，而且提高了掘進的安全系數。

其次是改進施工工藝。平煤股份四礦使用的是雙巷掘進方案，即綜掘機和錨桿機交叉作業，一個掘進割煤，一個進行巷道支護，雙方都完成以后再互相交換巷道工作。

“掘-支-運”三方面的互相合作以及優化配置。在掘進的過程中，讓掘進、支護、運輸平行作業，互不干擾。采用新型錨桿機打孔和安裝錨桿，簡化了老式的錨桿安裝模式，加快了速度。同時錨桿支護和掘進機可以進行交叉作業，雙巷掘進。一改以前單巷開采時兩者只能一個工作另外一個閑置的不合理配置，節約了時間加快了速度，自然提高了掘進速度。在進行實際的工作安排的時候，可以提前有個計劃，比如在鋪設軌道、交接班、通風等工序在進行的時候，可以協調各部門和工作人員，在保證工作質量的前提下可以組合完成以節約不必要的等待時間。

5 結論

平煤股份四礦在對煤巷的快速掘進的研究過程中，克服了復雜的地質和大斷面等自然因素的影響，同時在技術上進行積極的改進和創新，優化了施工工藝，并且取得了巨大的成就。比如換掉了老式的錨桿機而研發出新型錨桿機，從而加快了錨桿支護的速度，增強了安全性。如果支護工作沒有做好，那么存在的不穩定因素極有可能會影響到掘進工作的進行，如果有工作失誤存在，可能對于生命和經濟上都將造成一個無法挽回的損失。所以平煤股份四礦首先選擇在支護上創新和改進，將安全問題放在了第一位。

平煤股份四礦在資源和人員管理上進行了優化配置。在先進的支護條件之下，對資源的充分利用和對人員的合理安排，這些不僅是從根本上提高了效率，而且同時也減少了工作人員的勞動量。

平煤股份四礦在實際工作中不斷的進行自我提高，并取得了巨大的進步。他們充分利用本身的科研力量，不僅提高了效率，還大大減低了購買高額進口設備的投資。這是一個長足的進步，這不僅是平煤股份四礦的進步，也是整個煤礦行業的進步。平煤股份四礦的成功經驗，為以后在復雜地質條件下大斷面煤巷快速掘進提供了實體參考，同時也為整個煤礦行業不再完全依靠進口設備提供了一個好的榜樣。

參考文獻：

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