81107 工作面走向高抽巷快速掘進技術研究

郭 強

（陽泉煤業（集團）股份有限公司二礦，山西 陽泉 045000）

采用高抽巷治理采空區瓦斯是陽泉煤業集團瓦斯治理的重要技術，高抽巷能否及時完成施工、工程質量的好壞對于工作面快速形成采空區瓦斯治理系統和取得良好的瓦斯治理效果具有重要意義。陽泉煤業（集團）股份有限公司二礦普遍采用綜合機械化掘進技術，已形成了掘進、支護、運輸相結合的作業模式。81107 工作面是礦井的主采工作面，為了保證高抽巷的掘進速度和工程質量，工程技術人員充分借鑒以往的工程經驗，對高抽巷快速掘進技術進行研究和摸索。

1 礦井掘進工藝現狀

當前陽煤二礦煤（巖）巷機掘施工方法為：局扇壓入式通風，掘進機截割，人工支設臨時支護，錨桿鉆、風鉆安裝頂幫錨桿（永久支護）；運輸方法為膠帶輸送機、刮板輸送機出煤（矸），小絞車等設備運輸材料。施工順序為：圍巖支護檢查，調試掘進機，校對中線，掘進機割煤（矸），出煤（矸），臨時支護，永久支護。

當前施工工序中割運煤（巖）、調機和支護頂板是最核心的施工工藝，也是用時最多的工藝，是實現循環的掘進任務的關鍵。當前支護頂板的錨桿數量多，密度大，制約了支護工藝的效率，綜掘機往往反復調機和檢修造成無效工作耗時，同時施工過程關鍵技術參數（控頂距、空頂距離）往往不能隨著地質條件改變后而及時調整，造成人員作業時間和設備調機耗時增加。與此同時，施工人員技能水平差異較大、耗時不同，也影響著巷道的掘進速度。統計礦井多個巷道施工期間的相關參數，礦井巷道掘進平均工效如下表1 所示。

表1 礦井巷道掘進平均功效表

2 煤巷快速掘進優化對策分析

要想提高巷道掘進速度，必須管控各施工環節，提高環節工效，從施工方法和施工順序進行優化，采取適宜的技術方案。

2.1 工作面概況

81107 工作面走向高抽巷主要用途是承擔81107工作面開采期間的瓦斯抽放任務，掘進期間擔負行人、運煤（矸）、運料等用途。工作面煤厚0.2～0.4 m，煤層傾角-2～ -8°，平均為-4°，煤質穩定，暗灰色，低硫煤，硬度系數f 為2～3。81107 工作面走向高抽巷用于工作面回采期間上隅角和采空區瓦斯抽放，全長1642 m。81107 工作面走向高抽巷直接頂為砂質泥巖，厚度為2.4 m，基本頂為細粒砂巖，厚度為4.6 m，屬于穩定巖層。

2.2 施工路線優化

2.2.1 施工路線選擇的原則

選擇施工路線的關鍵是確定巷道最理想的布置層位和掘進方向，即保證巷道實現有效支護的前提下，盡可能減小施工巷道的長度，減小沿程穿越巖（煤）的強度，施工機具能正常施工，運輸系統盡可能短和可靠。

2.2.2 施工路線的選擇

結合81107 工作面11#煤、12#煤層、圍巖條件和周邊巷道特點，確定81107 工作面走向高抽巷施工路線為：先與11 采區高抽進風巷呈104°夾角，沿12#煤底板掘進140 m 后，以8°上山掘進追至11#煤頂板后，按11#煤頂板作為巷道頂板掘進254 m 后以12°下山施工139 m 追至12#煤底板，然后沿12#煤底板掘進27 m 后再左拐135°掘進14 m，然后再右拐135°沿12#煤底板掘進983 m 與傾斜高抽巷貫通。

2.2.3 施工保證技術

為了保證巷道掘進期間施工方向符合設計要求，及時發現施工地點圍巖條件變化和礦壓異常情況，采用礦壓觀測和圍巖探測技術作為保證技術。

（1）礦壓觀測

采用錨桿錨索測力計監測錨桿錨索軸向受力狀況。過地質構造、頂板巖性發生顯著變化等地段增設錨桿錨索測力計。錨索直徑、長度、鎖具變更時要及時安設錨索測力計。

采用頂板離層指示儀實時監測頂板離層變化情況，同步利用巖性探測孔或施工鉆孔使用窺視儀分析離層變化情況。頂板離層指示儀緊跟掘進工作面，在巷道頂板中部特殊地段應增設頂板離層儀。

采用十字布點法安設測站，測站安設兩個監測斷面，基點安設牢固。監測巷道表面位移監測內容包括頂底板相對移近量、頂板下沉量、底鼓量、兩幫相對移近量和巷幫位移量。

（2）圍巖探測

巷道開口處及每隔500 m 進行一次巖性取芯探測，地質構造影響區加強探測，同時采取鉆探手段。正常進行巖性取芯探測時，巷道每掘進50 m 進行一次非取芯巖性探測。

2.3 支護參數優化

采用合理的支護參數是巷道工程質量和支護效果的重要保證，支護強度的提高往往伴隨著更多的錨桿、錨索施工和補強工程，會大大增加工作面的施工強度，增加施工時間。支護強度降低則會導致施工質量達不到設計要求，不能滿足生產安全的需要。結合礦井類似巷道的施工經驗對臨時支護和永久支護方法進行了調整和優化。將臨時支護由4 根帽柱聯合式臨時支護優化為6 根，并調整了剛錨網索材料的類型，將鋼絞線由Φ17.8×5400 mm 優化為Φ17.8×5400 mm，將錨桿由Φ20×2400 mm 優化為Φ20×2000 mm，并調整了錨索、錨桿間距。

2.3.1 臨時支護

正常掘進采用帽柱聯合式臨時支護。帽柱柱體使用DN31.5-160/90 型內注式單體液壓支柱。柱要支在實底上，施工過程中遇底板松軟或無法支在實底上時穿木鞋。共用9根柱，其中6根使用、3根備用（備用柱可用內注式單體柱或Φ200×3200 mm 木柱）；柱帽9 個（備用3 個），規格為Φ200/2×400 mm的兩開木，一個循環進度支6 根；柱鞋9 個（備用3 個），規格為400×300×200 mm。

2.3.2 永久支護

巷道頂錨索選用Φ17.8×5200 mm 的鋼絞線，頂錨桿選用Φ20×2000 mm 的螺紋鋼錨桿；頂錨索托板選用300×270×12 mm 的拱形托板，頂錨桿托板選用150×150×10 mm 的拱形托板；幫錨桿選用Φ20×2000 mm 的普通圓鋼錨桿，幫錨桿托板選用450×280×4 mm 的W 鋼 護 板+150×150×10 mm的拱形墊片。巷道設計如圖1 所示。

（1）鋪聯網。頂部單層金屬網，長邊垂直于巷道掘進方向鋪設，順沿掘進方向頂部金屬網長邊與長邊搭接，頂網短邊鋪至頂板兩側下沿且均勻布置。幫部單層金屬網短邊垂直于巷道掘進方向鋪設，沿頂部順序往下幫網的長邊與頂網的短邊搭接，幫網的長邊鋪至底幫錨桿托板下沿。

（2）頂錨索和頂錨桿布置。頂部采用錨索+螺紋鋼錨桿+鋼帶+金屬網聯合支護。每排布置1根錨索和3 根螺紋鋼錨桿，頂錨桿、錨索采用矩形布置，緊貼頂板，排距900 mm，眼距1160 mm。沿巷道掘進方向從左往右每排鋼帶的第二眼布置錨索，其余一、三、四眼為錨桿，錨桿（錨索）與頂板垂直。

（3）幫錨桿布置。錨桿+金屬經緯網進行聯合支護。幫錨桿排距900 mm，每排各打2 根錨桿，矩形布置。最上面一根幫錨桿距頂板600 mm 與頂板呈10°夾角傾斜向上，順序往下1200 mm 布置第二根錨桿。幫錨桿托板為W 鋼護板，垂直巷道頂底板緊貼巷幫布置。

圖1 81107 工作面高抽巷支護設計

2.4 掘進機選用和截割方法優化

選用掘進機時綜合考慮巷道出矸需求和與運輸系統（膠帶輸送機、刮板輸送機）匹配，經計算后選用EBZ260 型掘進機。將巷道左半部分和巷道右半部分循環往復截割，嚴格控制截割高度和寬度。結合該掘進機的特點和施工過程中巷道圍巖條件變化較大，對掘進機的截割方法進行了優化。將常規截割時的單一截割路線改為針對不同巷道巖性的兩種不同截割路線。

巷道巖性較好易于維護時，掘進機截割巷道左半部分時，滾筒由左上角開槽，由左向右、由上向下，循環往復截割，隨后截割右半部分時，滾筒由右上角開槽，由右向左、由上向下截割；巷道巖性較差不易于維護時，掘進機截割巷道左半部分時，滾筒由下中部開槽，由右向左、由下向上，循環往復截割，隨后截割右半部分，滾筒由下中部開槽，由左向右、由下向上截割（截割路線圖如圖2 所示）。

3 工程應用效果

81107 工作面走向高抽巷施工期間，綜合應用上述技術后，杜絕了巷道兩幫超挖欠挖現象，歷次工程質量監測中選測段巷道頂底相對位移量、頂板下沉量、底鼓量、巷幫位移量、錨固質量均符合標準化巷道相關要求，且巷道無復修、補修現象。統計可知，巷道掘進作業中每工序割運煤耗時從76.2 min 降低到68.4 min，調機耗時從18.3 min 降低到16.1 min，頂板支護耗時從105 min 降低到93 min，掘進效率由11.4%提高到13.6%。整體巷道工程僅用6 個月就完成，實現了最快進尺14.4 m 的礦井日進尺記錄。

圖2 掘進機截割路線圖

4 結語

通過在81107 工作面走向高抽巷研究和應用快速掘進技術，實現了該巷道的安全快速掘進，同時提升了施工隊伍安全快速掘進專業技術水平和相關技能，為礦井和其他礦井類似巷道的安全快速掘進提供了重要的參考。