綜采工作面切眼大斷面掘進(jìn)工藝研究

李廣友

（陽煤集團(tuán)壽陽開元礦業(yè)有限責(zé)任公司，山西 壽陽045400）

隨著煤礦井下采煤技術(shù)的飛速進(jìn)步，各類自動化程度高的機(jī)械設(shè)備不斷投入使用，為了滿足井下設(shè)備的轉(zhuǎn)運(yùn)和布置需求，因此要求綜采工作面的切眼斷面尺寸增加，為了確保巷道在綜采作業(yè)過程中的穩(wěn)定性，需要采用加密支護(hù)的方案。傳統(tǒng)的切眼施工技術(shù)在工作時首先要進(jìn)行切眼小斷面掘進(jìn)施工，然后控制掘進(jìn)機(jī)后退到掘進(jìn)面的入口處，對小斷面進(jìn)行擴(kuò)口作業(yè)，該技術(shù)方案雖然掘進(jìn)質(zhì)量相對較高，但需要反復(fù)調(diào)整作業(yè)面掘進(jìn)設(shè)備布置，掘進(jìn)和支護(hù)需要串行作業(yè)，掘進(jìn)面需進(jìn)行兩次浮煤清理，巷道掘進(jìn)效率極低，而且在進(jìn)行擴(kuò)幫的過程中由于小斷面未進(jìn)行支護(hù)，巷道穩(wěn)定性較差，在礦壓波動和掘進(jìn)擾動作用下易發(fā)生垮塌事故，嚴(yán)重影響煤礦井下巷道掘進(jìn)效率和安全性。

結(jié)合綜采工作面的實際地質(zhì)情況和掘進(jìn)需求，提出了一種新的切眼大斷面掘進(jìn)方案，利用大斷面一體式支護(hù)方案實現(xiàn)了掘進(jìn)作業(yè)面的一次支護(hù)，通過掘進(jìn)工藝流程優(yōu)化，實現(xiàn)了巷道掘進(jìn)作業(yè)效率的提升，根據(jù)實際應(yīng)用表明該新的掘進(jìn)方案能夠?qū)⒋髷嗝娴木蜻M(jìn)效率提升34.6%，巷道頂板離層值比優(yōu)化前降低了96.3%，對提高井下巷道掘進(jìn)速度和安全性具有極大的意義。

1 一次成巷技術(shù)優(yōu)化

某掘進(jìn)工作面，煤碳的厚度約為4.7 m，傾角約為4.6°，工作面長度約為220 m，斷面處的截面約為14.95 m2，切眼斷面的高度約為2.6 m，寬度約為7.6 m。傳統(tǒng)的一次成巷技術(shù)在開口施工時需要進(jìn)行人工炮掘開口，效率低，危險性大，因此提出利用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行拐彎抹角開口的掘進(jìn)方案，在開口抹角的地方利用直徑為17.8 mm，長為6 200 mm的錨索配合防護(hù)網(wǎng)支護(hù)，在開口處施工深度大于6 m后利用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)出煤。在掘進(jìn)時先挖掘一個橫向?qū)挾葹?.4 m的斷面，施工完成后利用前探梁進(jìn)行支護(hù)，固定完成后再對外斷面實施擴(kuò)口，利用先掘后擴(kuò)的連續(xù)掘進(jìn)方案，既保證了巷道掘進(jìn)作業(yè)時的掘進(jìn)質(zhì)量又解決了一次掘進(jìn)后支護(hù)不及時導(dǎo)致的巷道垮塌。

在施工過程中如果遇見突然出現(xiàn)的斷層情況，則只會方式需要根據(jù)頂板的完整度進(jìn)行確認(rèn)，若頂板完整度高，那么可以采取正常的支護(hù)形式，若頂板出現(xiàn)破碎、圍巖穩(wěn)定性差，那么久需要調(diào)整施工方式，采用小斷面施工作業(yè)，將錨桿的間距和排距縮小為目前的1/2，同時對錨桿和錨索支護(hù)處進(jìn)行打錨索加強(qiáng)支護(hù)，提高支護(hù)體的穩(wěn)定性。

2 大斷面一體式支護(hù)

為了提升切眼斷面成巷過程中的穩(wěn)定性和支護(hù)效率，本文提出了一種新的大斷面一體式支護(hù)技術(shù)。在掘進(jìn)時首先對切眼位置約30 m范圍內(nèi)的主體巷道采用錨索網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，錨桿采用直徑為20 mm，長為2 m的高強(qiáng)度錨桿，錨索采用直徑為17.8 mm，長為6.2 m的鋼絞線，護(hù)網(wǎng)使用直徑為30 mm的雙層金屬錨網(wǎng)。各個支護(hù)錨桿的橫向距離設(shè)置為0.95 m，各個錨桿的縱向距離設(shè)置為1 m，錨索布置時橫向距離為1.9 m，縱向距離和錨桿間距一致，均設(shè)置為1 m，該布置結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于根據(jù)切眼斷面結(jié)構(gòu)，針對性的進(jìn)行加強(qiáng)支撐，工作量少，效率高，穩(wěn)定性好。

在擴(kuò)幫的過程中需要對部分區(qū)域的巷道進(jìn)行臨時支護(hù)，傳統(tǒng)支護(hù)方案同樣采用了錨桿+錨索的支護(hù)形式，雖然穩(wěn)定性高，但在支護(hù)時需要大量人員進(jìn)行支護(hù)材料的轉(zhuǎn)運(yùn)和組裝作業(yè)，區(qū)域內(nèi)支護(hù)完成后還需要大量的人員進(jìn)行拆卸和物料轉(zhuǎn)運(yùn)，因此支護(hù)和拆卸速度極低，極大的限制了巷道掘進(jìn)效率的增加。在采用新的巷道掘進(jìn)工藝和一體式支護(hù)方案后，巷道頂板的穩(wěn)固性得到了大幅的提升，因此在擴(kuò)幫過程中無需專門的加強(qiáng)支護(hù)。本文提出了一種切眼的臨時支護(hù)方案，以工字鋼、梁板和鋼絲吊環(huán)為基礎(chǔ)。每個前探梁和3個吊環(huán)配合使用。在需要支護(hù)的位置，首先設(shè)置前探梁，然后將前探梁、板梁和巷道頂板接觸并呈三角形支護(hù)牢固，用吊環(huán)進(jìn)行固定。

在支護(hù)的時采用“邊掘邊支”的方式，盡量縮短支護(hù)距離，保證掘進(jìn)和支護(hù)的串行施工，提高支護(hù)效率和可靠性，臨時支護(hù)體的最大控頂距離不得大于1 m，根據(jù)實際驗證表明在該距離范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)變支護(hù)邊掘進(jìn)，既能夠保證支護(hù)的可靠性，又不影響掘進(jìn)效率。

3 巷道穩(wěn)定性監(jiān)控

為了對該新的大斷面切眼掘進(jìn)工藝的可靠性進(jìn)行驗證，在巷道內(nèi)設(shè)置在線監(jiān)測系統(tǒng)，對采用新掘進(jìn)工藝方案45 d內(nèi)的掘進(jìn)作業(yè)情況進(jìn)行監(jiān)控。主要關(guān)注巷道頂板的離層情況，在監(jiān)測時，根據(jù)井下地質(zhì)情況，選擇2處監(jiān)測點(diǎn)，每個監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置3組傳感器，分別布置在頂板穩(wěn)定性較差的區(qū)域，以便更有效的對掘進(jìn)作業(yè)過程中的頂板離層情況實施監(jiān)控，結(jié)果如圖1所示。

圖1 頂板離層情況監(jiān)測匯總

由實際監(jiān)測結(jié)果可知，在監(jiān)測點(diǎn)1處，前40 d的頂板離層值基本無變化，從第40 d起，離層量迅速加大，最大為1.3 mm。在監(jiān)測點(diǎn)2處，前35 d頂板離層值無變化，從第35 d開始頂板力層值開始增加，最大為1.5 mm。遠(yuǎn)小于優(yōu)化前40 mm的頂板離層值，頂板離層值降低了96.3%，因此可知，采用新的掘進(jìn)工藝后，頂板離層情況得到了有效的控制，極大提升了掘進(jìn)過程中巷道的穩(wěn)定性。

在該巷道掘進(jìn)過程中，優(yōu)化前巷道的日掘進(jìn)長度約為4.7 m/d，優(yōu)化后其掘進(jìn)速度達(dá)到了6.33 m/d，掘進(jìn)效率提升了約34.6%，結(jié)合對掘進(jìn)過程中頂板離層情況的監(jiān)控，可知新的井下切眼大斷面掘進(jìn)工藝，能夠顯著提升井下巷道掘進(jìn)效率和安全性。

4 結(jié)論

針對井下綜采面切眼大斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、掘進(jìn)效率低下的難題，提出了一種新的綜采工作面切眼大斷面掘進(jìn)工藝，實現(xiàn)了對切眼大斷面掘進(jìn)施工效率和安全性的提升，根據(jù)實際應(yīng)用表明：

1）先掘后擴(kuò)的連續(xù)掘進(jìn)工藝，既保證了巷道掘進(jìn)作業(yè)時的掘進(jìn)質(zhì)量又解決了一次掘進(jìn)后支護(hù)不及時導(dǎo)致的巷道垮塌。

2）在支護(hù)的過程中采用“邊掘邊支”的方式進(jìn)行，盡量縮短支護(hù)距離，保證掘進(jìn)和支護(hù)的串行作業(yè)，提高支護(hù)效率和可靠性。

3）優(yōu)化后巷道頂板離層值比優(yōu)化前降低了96.3%，巷道掘進(jìn)速度比優(yōu)化前提升了34.6%，新的巷道掘進(jìn)工藝能夠顯著提升井下巷道掘進(jìn)效率和安全性。