高效掘進技術在煤礦大斷面巖巷的運用分析

牛晉軍

(晉城藍焰煤業股份有限公司成莊礦，山西 晉城 048000)

引 言

晉煤集團成莊礦對于大斷面巖石巷道的掘進速度和效率一直不高，影響了該礦高產高效安全煤礦的建設，亟待探索新的掘進技術及工藝的優化改善。針對這一問題，礦井成立了“大斷面巖巷的高效掘進技術運用”項目，以該礦下組煤巖巷大斷面巖石巷道為對象，進行掘進工作面的高效掘進實驗研究。

1 工程概況

晉煤集團成莊礦井田位于沁水煤田南端，晉城市西北20 km處，跨澤州和沁水兩縣。礦井井田面積74.33 km2，3 #煤資源接近枯竭，礦決定開拓下組9 #煤和15 #煤大巷。下組煤均沿煤層頂板掘進，由于煤層較薄，9 #煤1 m厚、15 #煤3 m厚，所掘巷道以巖石為主。巷道均為矩形斷面，斷面尺寸為5.5 m×3.8 m，錨桿索支護，頂板為4根2.4 m長的錨桿，巷幫錨桿長2.4 m，兩幫各4根。由于掘進過程中經常受斷層帶影響，造成頂幫破碎，在過斷層地段時，采用錨梁網配合錨索聯合支護。下組煤巷道機掘截割軌跡，如圖1所示。

圖1 成莊礦下組煤巷道機掘截割軌跡示意圖

2 大斷面巖石巷道高效掘進的主要影響因素

大斷面巖石巷道的掘進效率一直以來都是一個復雜的綜合過程，如何能夠高效掘進，需要事先找到影響掘進效率的主要因素，并針對性的加以優化。

2.1 地質條件

頂底板條件的不同會影響巖石巷道的支護方式和掘進機的進刀尺寸，從而影響到掘進效率。下組煤巷道工程的頂板砂質泥巖，整體上表現出了極為不穩定的特征，其控頂自穩時間短，因此在巷道掘進當中圍巖的穩定性不強極易失穩冒落，發生冒頂片幫事故，這一情況也加大了巷道支護的難度，影響到巖石巷道的快速掘進效率[1-2]。

2.2 掘進及支護設備

綜掘工作面機械化作業線的設備配套是否合理會影響到掘進效率。一般巷道綜掘工作面仍采用舊式160掘進機作業，其截割巖石困難影響綜掘效率；支護所用頂幫鉆，依靠人工頻繁移動，導致人工、材料占用都多，支護效率低下。

2.3 支護參數

從當前成莊礦其它巖石巷道綜掘作業循環來看，支護工序所占時間為55%，割煤工序時間占25%，運輸系統影響占20%左右[3]。從時間比例上來看，支護工序是當前影響大斷面巖石巷道高效掘進效率的主要因素。當前對下組煤大巷掘進而言，巷道頂板和兩幫的加固強度富余量較大，但是因底板維護力度不夠而出現底鼓量加大的情況，影響到整個巖石巷道的高效掘進速率。

2.4 施工工藝

懸臂式掘進機配合錨桿鉆車，后配裝載機和膠帶輸送機的綜合機械化掘進工藝方式是當前掘進巷道的主要施工工藝，施工工序為：綜掘機截割、錨桿鉆車打孔、支護等工作[4]。

3 高效掘進技術的優化方案設計研究

3.1 掘進和支護設備的優化

選擇EBZ-260型掘進機，具有較強的截割能力，能夠適應各類圍巖條件，完全適合本巷道掘進規格要求。錨桿鉆孔設備采用CMM2-15型錨桿鉆機，加快了打眼工序和支護速度。

3.2 支護參數的優化

選擇中國礦業大學井下巷道支護優化軟件進行支護參數進行優化，把相應的工程條件數值輸入到軟件，得到相應的數值模擬結果。其錨桿支護參數優化如下：1) 采用錨桿錨索聯合支護，合理增大錨桿間排距，錨桿間排距由1 m調整為1.4 m；2) 錨索間距由2-0-2-0,調整為1-0-1-0提高支護效率；3) 幫最下1根錨桿可滯后工作面迎頭四排施工。

3.3 輔助運輸系統的改造優化

巖石巷道的掘進中經常出現破頂底掘進現象，局部地段有大量巖石外運。對下組煤巖石巷道掘進對輔助運輸系統進行了改造優化設計，主要包括以下兩方面：1) 原來輔助運輸設備為刮板輸送機，事故率高無法滿足高效掘進的運輸要求，采用SJ-80型膠帶輸送機來進行替代；2) 改造膠帶輸送機，根據巷道長度實際情況加工并安裝了簡易膠帶輸送機，將原先的膠帶輸送機進行了改進優化，取代了事故率高的刮板輸送機，從而達到了合理運輸的目的[5-6]。

3.4 “掘-支-運”的優化配置

1) “掘-支”聯合施工工藝。采用機載錨桿鉆車打孔和安裝錨桿，減少傳統頂幫鉆支護的多道施工工序，改變掘進機割煤與錨桿鉆孔安裝不平衡的現象，縮短錨桿有效作業時間，提高成巷速度；2) 縮短輔助工序時間，嘗試部分工序平行作業。對可以提高準備的相關輔導工序進行提前安排，比如做好交接班、運送物料、接風筒、移瓦斯傳感器等工序，實現平行作業，并且做好風、水、電等設施的安全保障，提高工作面的掘進效率。

4 結語

通過對成莊礦下組煤巖巷綜掘工作面的優化設計，排除了大斷面、偽頂等干擾因素，運用高效掘進技術取得了月進尺380 m的好成績，為實現礦井高產高效的目標奠定了基礎。從成莊礦下組煤巖巷的實際工程概況發現，分析了影響其高效掘進的四大影響因素，運用高效掘進技術，針對性的從掘進切割快速、支護參數合理、連續輔助運輸及其三大工序之間的優化配置四個方面制定了該掘進巷道的優化改進工藝，并將應用于該巷道的工程實踐應用當中。實踐效果表明該優化方案是成功的，有效的提高下組煤巖石巷道的掘進效率。為掘進工作面的高效掘進技術提供了相應的技術參考。