煤礦快速掘進巷道與支護技術的研究

侯斌元

（山西潞安礦業集團慈林山煤業有限公司夏店煤礦， 山西　長治　046203）

引言

煤礦屬于不可再生資源，隨著我國能源消耗量的增加，煤礦的開采也都進入了深部開采階段。在煤礦的深部巷道掘進過程當中，巷道周邊的圍巖應力復雜多變，對于掘進當中的支護參數的計算也非常復雜，影響因素也非常多，使巷道內的支護情況變得非常緊張，因此支護方案也應該隨時進行相應的優化。本論文主要是以夏店煤礦工程實例為研究對象，對其快速掘進當中巷道的支護方案有所欠缺的地方進行相應的技術優化，通過改變相應的支護參數來優化其支護方案，并通過變革相應的施工制度來提高巷道掘進速度。優化方案在夏店煤礦快速掘進當中巷道中實施后效果明顯，已成為了提高夏店煤礦經濟效益的主要措施。

1　夏店煤礦工程簡介

夏店煤礦屬于山西潞安礦業集團慈林山煤業有限公司，當前的深部巷道掘進主要是在5號煤層。在夏店煤礦-600 m以下的深部巷道當中，其中主要的巷道掘進軌道是在-600 m與-460 m大巷當中，整個巷道的掘進長度為450 m，巷道的掘進角度為傾角12°。距離5號煤層大約25～45 m的位置是屬于船層巷道，在該巷道地質構造現象的情況比較突出，其地質巖層主要是泥巖與砂巖，地質情況比較軟弱。在進入深部巷道掘進的過程當中，深度加大會導致巷道周邊的圍巖應力也急劇的增加。對于夏店煤礦巷道的破巖方式都是采用的鉆爆法，主要的做法是選用YT-23鑿巖機鉆孔（其最大的鉆孔深度5 m），然后巷道支護技術主要是采用錨噴法，整個巷道的快速掘進煤礦斷面為8.5 m2。在以往的開采方案當中，主要是采用的兩掘一噴的作用方式，設計當中的月進尺為85.2 m[1]。

2　夏店煤礦掘進巷道支護優化方案分析

2.1　原支護方案分析

錨桿支護技術是當前我國煤礦深部掘進技術中較簡單、完善、應用較廣的技術。夏店煤礦原支護技術當中也是采用的錨桿支護技術，左旋螺紋鋼錨桿的參數主要為長度2 000 mm、直徑18 mm，錨桿間排距為800 mm，固定托盤為尺寸150 mm×150 mm的正方形鋼板，錨固劑為MSK2350型數值錨固劑。金屬網選用尺寸1 200 mm×2 000 mm，網格40 mm。梯子梁選用直徑12 mm的鋼筋焊接而成，長度3 000 mm，噴吐70 mm厚的混凝土。詳細的支護方案如圖1所示，夏店煤礦在應用此支護方案后，整個掘進巷道的變形量非常大，并且返修的情況非常嚴重，這影響到了整個巷道的開采，也影響到了煤礦開采的經濟效益，應該對該支護方案進行優化[2]。

圖1　夏店煤礦原支護方案示意圖（單位：mm）

2.2　原支護參數的優化分析

采用FLAC3D數值模擬軟件可以對深部巷道錨桿支護技術的參數進行模擬優化，主要是通過對巷道的圍巖控制效果來進行的優化設計。在夏店煤礦錨桿支護技術的應用當中，結合具體的工況，設計了三種不同的參數加以模擬，具體的方案統計表如下頁表1所示。通過對三個方案的巷道圍巖變形的數據分析可以發現，方案3當中的支護參數可以達到對巷道圍巖變形的最佳控制。

表1　支護模擬方案統計表　mm

通過FLAC3D數值模擬軟件進行模擬后，采用方案3的布置形式與間排距是最佳的參數設定。結合原支護參數，再按巷道的施工情況，對支護參數進行了如下的優化：錨桿的直徑由18 mm增大到20 mm；錨桿布設間排距縮短至700 mm，主要是保障到整個支護初始錨固力應該要大于8 t才能保障巷道的支護安全；支護當中的錨索參數要進行調整，錨索的長度為8 000 mm，直徑15 mm，其布設形式改為“三花”，固定的托板采用160 mm×160 mm。對于錨索初始預緊力要大于10 t才能保障巷道的支護安全[3]。

3　夏店煤礦巷道施工組織優化分析

巷道內的施工順序也是影響其掘進速度的影響因素，通過對夏店煤礦的開采設備、人員配備以及作用方式進行綜合分析，并結合其地質條件，對其施工組織進行優化。主要是將作用方式設定為“三噴三掘”，并改變一些其他的措施，達到提高巷道的掘進速度的目的。其主要優化方案為：第一，以往作業當中都是井下拌料，當前設計更改為，噴漿料在地面進行相應的攪拌后采用直接運輸至掘進作業面的方式進行噴涂作業，其主要目的可以降低與井下拌料產生的影響；第二，耙巖裝載機的掛鉤布設在距離掘進面迎頭8 m開外，這樣即可以保證矸石的正常運輸又可以不妨礙其他環節的運輸作業；第三，另設立一個復噴小組，其主要目的在于同掘進中同時開展工作，一同完成復噴成巷作業，提高作業的效果和速度[4-5]。

4　夏店煤礦巷道支護技術改進方案效果分析

在本次的效果分析當中，采用的是“十字測量法”。在巷道當中提前布設四個測站，主要是分析支護技術優化前后對于圍巖變形的控制情況。數據對比分析發現優化后的夏店煤礦巷道支護參數對圍巖變形的控制情況得到加強，數據有了非常高的提升。巷道頂板變形量縮減近四成，巷道兩幫移動量縮減六成左右，底板鼓起量減少六成。這些數據都表明優化后的方案對于巷道的變形能起到控制作用。優化方案在夏店煤礦實施半年以來，巷道作業情況表明每月的掘進量提高到了118 m，提高了40%，對于提高煤礦的經濟效益起到了重要作用，對于保障夏店煤礦的安全高效生產起到了積極的作用。錨桿支護技術的優化方案在夏店煤礦快速掘進巷道中的應用收到了很好的效果，這也為其他同類型煤礦的快速掘進巷道的支護技術的優化起到了示范作用。

[1]葛曉成.煤礦井下巷道掘進頂板支護技術研究[J].煤，2017（3）：73-74.

[2]閆蹬杭.煤礦巷道掘進施工及支護技術探討[J].內蒙古煤炭經濟，2016（23）：113；120.

[3]劉建勝.煤礦巷道掘進施工及支護技術分析[J].煤礦現代化，2016（3）：26-27.

[4]呂致遠.試論煤礦掘進巷道中的錨桿支護技術[J].能源與節能，2016（5）：169-170.

[5]王旭鋒，張東升，邵鵬，等.深部軟巖錨噴支護巷道快速掘進技術[J].采礦與安全工程學報，2011（3）：415-419.