試分析近距離開采工藝采空區(qū)下大斷面連采機(jī)掘進(jìn)巷道支護(hù)技術(shù)

摘 要：本文首先分析了河?xùn)|煤田近距離煤層群采空區(qū)巷道掘進(jìn)作業(yè)過程中的主要災(zāi)害，而后探討了大斷面連采機(jī)進(jìn)行巷道掘進(jìn)作業(yè)的難點(diǎn)及優(yōu)化措施，進(jìn)而以某煤礦生產(chǎn)過程為例進(jìn)行了大斷面連采機(jī)掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用于近距離煤層群采空區(qū)煤炭生產(chǎn)的研究，進(jìn)而就其優(yōu)化管控策略進(jìn)行了探析。

關(guān)鍵詞：近距離煤層群采空區(qū);大斷面連采機(jī)掘進(jìn);巷道支護(hù)技術(shù)

我國各領(lǐng)域發(fā)展對(duì)于資源的需求越來越高，針對(duì)巷道掘進(jìn)作業(yè)的危險(xiǎn)因素進(jìn)行全面分析，并采取科學(xué)的支護(hù)措施是保障煤炭生產(chǎn)作業(yè)安全的重要措施。近距離煤層群就是煤層之間距離較近的一種煤層結(jié)構(gòu)，相應(yīng)采空區(qū)的圍巖結(jié)構(gòu)非常薄弱，應(yīng)力不穩(wěn)定，在這種環(huán)境下進(jìn)行選擇先進(jìn)可靠的掘進(jìn)支護(hù)工藝和支護(hù)方式必須綜合考慮可能發(fā)生的災(zāi)害情況，并采取措施進(jìn)行避免，以保證煤炭生產(chǎn)掘進(jìn)的安全推進(jìn)。

1 近距離煤層群采空區(qū)開采巷道掘進(jìn)中的常見災(zāi)害

1.1 煤自燃災(zāi)害

由于近距離煤層群開采的過程中距離較近的煤層開采會(huì)互相形成影響，而其采空區(qū)可能會(huì)存在漏風(fēng)通道的情況，這就會(huì)加大煤層中原煤資源發(fā)生自燃率。會(huì)迅速增大煤炭生產(chǎn)區(qū)域的高溫范圍，會(huì)導(dǎo)致爆炸危險(xiǎn)的發(fā)生，是一種必須避免的掘進(jìn)生產(chǎn)災(zāi)害。本工程礦井絕對(duì)涌出量為4.64m3/min，相對(duì)涌出量0.5m3/t。低瓦斯礦井，煤塵具有爆炸性，煤層為II類自燃煤層，有自燃發(fā)火趨勢(shì)，發(fā)火期為81天。

1.2 支護(hù)不力導(dǎo)致的塌方

由于近距離煤層群的煤層開采過程中受疊加壓力影響較大，頂板管控為煤層群開采的首要災(zāi)害因素，如果在巷道掘進(jìn)生產(chǎn)中不能實(shí)現(xiàn)科學(xué)有效支護(hù)就會(huì)導(dǎo)致頂板災(zāi)害出現(xiàn)，因此我們?cè)谶M(jìn)行支護(hù)技術(shù)選擇以及設(shè)計(jì)的時(shí)候必須綜合考慮近距離煤層群的實(shí)際情況，并對(duì)采空區(qū)的應(yīng)力結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效計(jì)算，保證近距離煤層群采空區(qū)的相應(yīng)煤炭生產(chǎn)支護(hù)操作的科學(xué)性，為煤炭生產(chǎn)事業(yè)不斷發(fā)展提供安全保障。在本次工程中可以考慮采用坡底掘進(jìn)的方式增加層間距，以防漏頂問題的發(fā)生。

2 大斷面煤巷連采機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)操作過程中的技術(shù)管控難點(diǎn)分析

大斷面連采機(jī)掘進(jìn)技術(shù)在實(shí)際煤炭生產(chǎn)中能夠有效結(jié)合煤炭生產(chǎn)、巷道掘進(jìn)操作過程，生產(chǎn)效率較高，并且施工作業(yè)更趨向于自動(dòng)化，對(duì)于人工操作具有更強(qiáng)的保護(hù)作用，生產(chǎn)效率高，掘進(jìn)與支護(hù)配套設(shè)備設(shè)備選型至關(guān)重要。

2.1 支護(hù)安裝操作難度較大

由于大斷面煤炭生產(chǎn)巷道對(duì)于頂板以及兩側(cè)的支護(hù)加固要求較高，在進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量加大支護(hù)操作的承載能力，采用單體錨桿機(jī)支護(hù)效率較低，安全風(fēng)險(xiǎn)較大。因此采用ARO-40-RELMB-BWT型四壁錨桿機(jī)支護(hù)效率較高安全風(fēng)險(xiǎn)較低。

2.2 巷道掘進(jìn)所用較為先進(jìn)的12CM15-10B型連采機(jī)

12CM15-10B型連采機(jī)是一種采用進(jìn)口先進(jìn)的連采掘進(jìn)設(shè)備，在操作過程中考慮到安全可靠穩(wěn)定性選擇手動(dòng)方式操作，其操作過程具有一定的靈活性，在本次工程中頂幫完好正常掘進(jìn)時(shí)循環(huán)進(jìn)度為6m。但在頂板破碎、裂隙發(fā)育的情況下采取短掘短支的方式掘進(jìn)，循環(huán)進(jìn)度為1m。二次成巷過程中采用擴(kuò)巷方式，循環(huán)進(jìn)度為6m，但是這一型號(hào)的連采機(jī)對(duì)于操作人員的技能水平要求較高，掘進(jìn)中需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整掘進(jìn)及循環(huán)參數(shù)。

2.3 梭車的運(yùn)行優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)為梭車對(duì)底板破壞較大，特別在單巷掘進(jìn)過程中速度較快。

而缺點(diǎn)則不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸。

3 大斷面連采機(jī)掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化策略

為了保證連采機(jī)掘進(jìn)技術(shù)操作能夠更加高效、更加安全要采用如下措施進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化操作。

3.1 積極提升支護(hù)操作效率

由于支護(hù)與掘進(jìn)為配套施工過程，保證支護(hù)的推進(jìn)效率才能夠確保其為連采機(jī)掘進(jìn)操作提供安全的支護(hù)保障，采用ARO-40-RELMB-BWT型錨桿機(jī)提高支護(hù)效率，同時(shí)四臂錨桿機(jī)定位、打眼成孔、支護(hù)錨桿、錨索效率較高，生產(chǎn)前對(duì)鉆孔技術(shù)設(shè)備進(jìn)行全面養(yǎng)護(hù)與調(diào)試，并備足消耗性零件，保證支護(hù)鉆孔效率。

3.2 根據(jù)掘進(jìn)巷道的情況進(jìn)行支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于支護(hù)作業(yè)的操作過程都是在參數(shù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)下完成的，保證支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)的科學(xué)性能夠切實(shí)保障支護(hù)操作的科學(xué)性，支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)中要對(duì)錨孔裝藥量以及排距等進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，防止錨桿支護(hù)應(yīng)力不均衡問題的發(fā)生，提升巷道支護(hù)工作的效果，為掘進(jìn)巷道作業(yè)提供安全環(huán)境。

3.3 提升連采機(jī)設(shè)備選用的適應(yīng)性

掘進(jìn)巷道生產(chǎn)時(shí)可能遭遇各種地質(zhì)情況，大斷面問題環(huán)境下采用連采機(jī)時(shí)應(yīng)盡量選擇重量較輕的機(jī)械設(shè)備，以降低臥底事故，在前期應(yīng)做好相應(yīng)區(qū)域地質(zhì)勘察工作，以保障掘進(jìn)技術(shù)及相應(yīng)設(shè)備選擇的科學(xué)性以及適用性。

4 近距離煤層群采空區(qū)下大斷面連采機(jī)掘進(jìn)巷道支護(hù)技術(shù)

4.1 煤礦巷道掘進(jìn)工程概況

1815切眼刷幫段刷幫設(shè)計(jì)總工程量為289.7m，切眼設(shè)計(jì)寬度7.2m，首次掘進(jìn)5.6m，二次刷擴(kuò)寬度為1.6m，機(jī)窩處巷寬3.1m，調(diào)車硐室巷寬5.0m，巷高均為3.5m。根據(jù)18207輔運(yùn)順槽探孔數(shù)據(jù)顯示，正常段沿底掘進(jìn)，過上分層巷道時(shí)破底掘進(jìn)，破底厚度最大為1.0m，保證空巷層間距不低于1.6m，所有巷道均為矩形斷面。

4.2 地面相對(duì)位置及臨近盤區(qū)開采情況

地表位于貓兒溝排土場，工作面對(duì)應(yīng)的地表大都被黃土覆蓋。1815切眼刷幫段刷幫段位于內(nèi)錯(cuò)于原廢棄18207切眼煤柱之下（外錯(cuò)12m）。根據(jù)上分層地質(zhì)孔資料顯示，切眼刷幫段刷幫段設(shè)計(jì)位置煤層層間距為0.5m-1.1m。

4.3 煤層及圍巖情況

①煤巖特征：煤層穩(wěn)定，內(nèi)生裂隙較為發(fā)育。一般為半亮型煤，局部出現(xiàn)暗淡型煤;②煤層結(jié)構(gòu)：煤層厚度4.0m，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定夾矸1層，處于煤層中下部，巖性灰色泥巖，厚度0.10-0.20m;③煤層厚度：采掘范圍內(nèi)煤層較為穩(wěn)定，煤層厚度4.0m;④直接頂：一般為黑色泥巖，厚度1.0m;⑤直接底：為泥巖，灰白色、性脆、致密、具貝殼狀斷口、含星散狀黃鐵礦，產(chǎn)植物化石，厚度2.8m;⑥層間距：根據(jù)上分層地質(zhì)孔資料顯示，1815切眼刷幫段設(shè)計(jì)位置煤層層間距為0.5m-1.1m，掘進(jìn)過程中需破底掘進(jìn)，保證層間距不小于4m。

4.4 針對(duì)近距離煤層全采空區(qū)進(jìn)行巷道支護(hù)設(shè)計(jì)的主要原則及設(shè)計(jì)操作

4.4.1 掘進(jìn)巷道生產(chǎn)中支護(hù)操作設(shè)計(jì)原則

由于連采機(jī)掘進(jìn)操作中會(huì)對(duì)相應(yīng)巖層進(jìn)行周期性沖擊，因此支護(hù)設(shè)計(jì)操作設(shè)計(jì)應(yīng)遵循這樣的原則：首先應(yīng)保障頂板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，采空區(qū)掘進(jìn)操作時(shí)會(huì)對(duì)相應(yīng)區(qū)域產(chǎn)生卸荷擾動(dòng)，這樣就會(huì)導(dǎo)致掘進(jìn)巷道頂板的應(yīng)力結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，支護(hù)操作中必須保證頂板應(yīng)力穩(wěn)定，并對(duì)頂板做好維護(hù)。其次還應(yīng)強(qiáng)化掘進(jìn)推進(jìn)中的監(jiān)控力度，由于掘進(jìn)推進(jìn)中的擾動(dòng)會(huì)導(dǎo)致巷道掘進(jìn)生產(chǎn)中頂板的應(yīng)力集中，進(jìn)而造成頂板垮落，很多應(yīng)力情況在前期設(shè)計(jì)時(shí)可能沒有認(rèn)識(shí)全面，在掘進(jìn)生產(chǎn)中要對(duì)剪切應(yīng)力情況進(jìn)行全面監(jiān)測。

4.4.2 針對(duì)近距離煤層群采空區(qū)進(jìn)行巷道掘進(jìn)生產(chǎn)相應(yīng)支護(hù)措施的參數(shù)設(shè)計(jì)

頂部支護(hù)：頂部錨桿規(guī)格為ф18*2200mm的螺紋鋼錨桿，托盤規(guī)格150*150*10mm，間排距為900mm*1000mm，

樹脂規(guī)格為CK23600，1卷/眼，網(wǎng)片規(guī)格為1.2m*5.0m的

10#鐵絲網(wǎng)，搭接寬度為200mm;并用14#鐵絲捆綁連接，捆綁間距為400mm。錨索規(guī)格為ф17.8*8000mm，托盤規(guī)格300*300*16mm，間排距為1500mm*2000mm，樹脂規(guī)格為CK23600，2卷/眼。過上分層巷道時(shí)，在上分層巷道兩側(cè)必須施工鎖口錨索，且鎖口錨索的長度不得小于5m，并采取架設(shè)單體棚補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，2柱/梁，梁長2500mm，棚距為500mm;不施工錨索;頂錨桿規(guī)格為ф18*1200mm/1500mm的螺紋鋼錨桿，托盤規(guī)格150*150*

10mm，間排距為900mm*500mm，樹脂規(guī)格為CK23600，1卷/眼，并配套1200*5000mm鐵絲網(wǎng)及1200*2600

鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。

幫部支護(hù)：正幫采用玻璃鋼錨桿進(jìn)行支護(hù)，掘進(jìn)時(shí)若遇到幫部片幫可采用玻璃鋼錨桿配套塑料網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，錨桿規(guī)格均為ф22*2000mm的玻璃鋼錨桿，間排距為1100*1500m，樹脂規(guī)格均為CK23400，1卷/眼，塑料網(wǎng)規(guī)格為2600*5000mm。施工幫網(wǎng)時(shí)，幫網(wǎng)與幫網(wǎng)、幫網(wǎng)與頂網(wǎng)之間搭接長度為200mm，并用14#鐵絲捆綁連接，捆綁間距為400mm。

4.4.3 錨固設(shè)計(jì)方案

在上述支護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)的操作過程中為了保證巷道掘進(jìn)生產(chǎn)的安全性，還需進(jìn)行頂板及圍巖的錨固技術(shù)處理。首先就是要在一些應(yīng)力集中的特殊位置上進(jìn)行單體支柱的支撐加固，通常來講選擇單體支柱加固操作時(shí)應(yīng)盡量將其設(shè)置在巷道中線位置上，這樣能夠緩解巷道中部應(yīng)力不平衡的情況。其次對(duì)頂板處錨索的相應(yīng)長度進(jìn)行科學(xué)控制，在進(jìn)行錨索長度選擇及設(shè)置時(shí)，要對(duì)掘進(jìn)支護(hù)情況進(jìn)行全面分析，科學(xué)控制錨索長度能夠提升錨索支護(hù)能力。最后要強(qiáng)化煤柱附近區(qū)域的煤壁支護(hù)效力，通常靠近煤壁區(qū)域的應(yīng)力作用會(huì)比其他部分的更大，并且掘進(jìn)生產(chǎn)后其應(yīng)力集中情況會(huì)更加明顯，因此應(yīng)采用強(qiáng)效錨固技術(shù)進(jìn)行煤壁區(qū)域的支護(hù)操作。

4.5 支護(hù)技術(shù)操作的效果研究

根據(jù)對(duì)該煤炭工程施工中支護(hù)情況的分析，制定了頂板及兩幫結(jié)構(gòu)位移統(tǒng)計(jì)計(jì)劃以對(duì)支護(hù)效果進(jìn)行總結(jié)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下圖，我們可以從位移曲線對(duì)比情況發(fā)現(xiàn)支護(hù)后位移變化更小，能夠有效改善大斷面巷道掘進(jìn)生產(chǎn)的安全性，為煤礦企業(yè)生產(chǎn)安全、高質(zhì)進(jìn)行提供保障。

5 結(jié)束語

總之，在我國煤炭生產(chǎn)中，面對(duì)近距離煤層群采空情況進(jìn)行掘進(jìn)及支護(hù)設(shè)計(jì)就必須首先對(duì)開采與掘進(jìn)環(huán)境進(jìn)行全面分析，而后根據(jù)應(yīng)力平衡需求進(jìn)行支護(hù)技術(shù)操作，并且，在作業(yè)過程中強(qiáng)化對(duì)支護(hù)區(qū)域的監(jiān)測，選擇較為先進(jìn)的頂板在線監(jiān)測設(shè)備，同時(shí)，根據(jù)地質(zhì)賦存條件，選擇配套的連采工藝及配套設(shè)備，提高掘進(jìn)單進(jìn)進(jìn)尺及效率，優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)，提高操作安全性，為煤礦生產(chǎn)的安全推進(jìn)提供技術(shù)保障。

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作者簡介：

張浩春（1988- ），男，漢族，籍貫：甘肅崇信，采礦工程師，本科學(xué)歷，主要研究煤礦生產(chǎn)技術(shù)、基建工程技術(shù)、地測防治水和環(huán)境保護(hù)技術(shù)管理工作。