控制煤礦巷道成型的措施分析及其應用研究

許錫軍

（山西晉煤集團晉圣松峪煤業有限公司，山西 晉城048200）

1 在有中線巷道中使用防爆輪廓射線儀

通常人們在掘進過程中使用激光校正儀配合控制巷道的方向及成型，例如，23051巷道設計寬度為5 000 mm，使用偏中線控制巷道，中線距左幫1 800 mm，中線距右幫3 200 mm；在這種情況下，由于受井下光照條件的影響，巷道成型及其考驗一個掘進機司機的操作水平，對于一些工作年限較長的掘進機司機來說，他可以通過經驗、感覺、副司機的指揮等來控制巷道成型。2016年4月-5月，晉圣松峪煤業做過一個實驗統計，安排有經驗的老司機負責在23051巷300~700 m以及23032巷650~1 150 m割煤，安排新司機負責在23052巷300~700 m割煤以及23034巷650~1 150 m割煤，得到了巷道成型統計表（見表1）。

表1 巷道成型合格率統計表

通過表1的數據可以看到，有經驗的掘進機司機在巷道成型合格率上比較高一點，基本都在70%左右，而新司機的合格率只能達到52%左右；從另一方面也可以看到，在巷道超欠挖方面，僅僅依靠司機的割煤經驗和水平是存在不足的。

2018年9月，晉圣松峪煤業調研引進了防爆輪廓射線儀，靈感起源于人們在家庭裝修中經常使用到的水平儀，原理為通過防爆輪廓射線儀將激光線打至工作面，司機在割煤過程中通過射線指示進行割煤操作。2018年10月-11月，針對防爆輪廓射線儀的使用效果組織了一次實驗統計：安排有經驗的老司機在23072巷施工800~1 300 m段，該段不使用輪廓射線儀；安排新司機在23073巷施工800~1 300 m段，該段配合使用輪廓射線儀；安排另一部分有經驗的老司機在23043巷施工900~1 400 m段，該段配合使用輪廓射線儀，得到了巷道成型統計表（見表2）。

通過插表2的數據分析，老司機在未使用輪廓射線儀的情況下，其巷道成型合格率為71.4%，比較插表一基本無變化；新司機在配合使用輪廓射線儀后巷道成型合格率上升至80.6%，增幅約為30%；老司機在配合使用輪廓射線儀后巷道成型合格率上升至92.2%，增幅約為20%。可以看出輪廓射線儀的使用可以在巷道成型合格率方面有20%~30%的提升。

表2 巷道成型合格率統計表

目前，晉圣松峪煤業已在井下所有的掘進頭面安裝使用了防爆輪廓射線儀，在巷道成型、巷道感觀、降低成本、后期投資等方面起到了很好的效果，經計財以及成本組核算，自2018年10月-2019年6月，在掘進專業上，主材的成本投資降低了3.5%。

2 通過注漿工藝控制巷道成型

2.1 針對嚴重底鼓的區段

以晉圣松峪煤業的西翼2205巷為例，2019年3月，在200~500 m區段，巷道底鼓嚴重，造成影響運輸、通風、行人的后果（設計高度2 700 mm，底鼓后1 900 mm），針對此情況，采用了高壓注漿配合強力錨索補強支護加固工藝，注漿孔與錨索孔合二為一，注漿孔呈矩形布置，中部錨索垂直底板向下，兩側錨索外扎一定的角度。鉆孔深度8 000 mm。錨固方式為聯邦雙液漿錨固，錨索規格φ21.8-1-8300型錨索，錨索索體為高強度低松弛鋼絞線，錨索外露鎖具以外不大于250 mm，注漿1 d后預緊，錨索預緊力不小于200 kN。鉆孔內插入錨索并插入鋁塑管，插入4 500 mm，外露不大于500 mm，用封孔膠塞、棉紗及聯邦雙液漿封口，并安裝配套的拱形托盤及鎖具。配合使用鋼筋梯梁規格為φ20-2-2300×250 mm，錨索外扎10°，錨索間距為2 000 mm，排距為2 000 mm，南幫側錨索距南幫為1 000 mm（見圖1）。

圖1 2205巷底板加固示意圖

底板加固主要施工工序：安全檢查、找掉→標記鉆孔位置→架設鉆機→鉆孔→鉆孔完畢，退出鉆桿、鉆頭→插入底板錨索至孔底→插入鋁塑管→封堵孔口→注入聯邦雙液漿→彎折鋁塑管→卸下注漿管→加裝鋼筋梯梁、拱形托盤→安裝鎖具漲拉錨索至預緊力→搞好現場文明生產。

通過2019年3月底至今幾個月的觀察，2205巷200~500 m區間，巷道高度基本未發生變化，底板也不再有底鼓的現象，效果良好。

2.2 針對正前頂板以及煤體酥軟的區段

以晉圣松峪煤業2203巷為例（該巷為下層工作面的皮帶進風巷，開口前50 m留煤頂掘進），2019年4月，在施工2203巷，出現頂板酥軟不成形，頂煤坍塌難以留頂，開口處巷道頂煤冒落，高度達5.4 m，與巷道設計高度2.6 m嚴重不符，而且使用的120型掘進機最大切割高度為3.7 m，工作面難以組織生產支護，嚴重影響安全使用。

對此，單位組織對2203巷道煤體進行注漿加固，工作面高度在2.6 m以上的鉆孔采用高壓注漿配合強力錨索補強支護;工作面2.6 m以下范圍內只采用高壓注漿，采用高壓注漿配合強力錨索補強支護加固方案，注漿孔與錨索孔合二為一注漿孔呈扇形布置，鉆孔深度由現場實際情況定。錨固方式為聯邦雙液漿錨固，錨索規格φ21.8-1-7300/4300型錨索，錨索索體為高強度低松弛鋼絞線，錨索外露鎖具以外不大于250 mm，注漿1 d后預緊，錨索預緊力不小于150 kN。鉆孔內插入錨索并插入鋁塑管，鋁塑管插入4 500 mm，外露不大于500 mm，用封孔膠塞、棉紗及聯邦雙液漿封口，并安裝配套的拱形托盤及鎖具。采用高壓注漿加固方案，注漿孔呈扇形布置，鉆孔深度2 000~4 000 mm，鉆孔直徑43 mm。插入鋁塑管，插入2 500 mm，外露不大于500 mm，用封孔膠塞、棉紗及聯邦雙液漿封口。注漿保證壓力時間必須確定為1 d，之后方可進行預緊（見圖2）。

圖2 注漿孔施工示意圖

施工需要的主要設備、工器具、材料的規格：2QZB11/40型注漿泵1臺、QB150型攪拌機（配套攪拌桶）2臺、MQB-35J型手持式幫錨桿鉆機2臺、φ42mm的“一”字型合金鋼鉆頭若干、鐵鍬5把、洋鎬2把。注漿前按要求把注漿設備、閥門、高壓注漿管路連接好，快速接頭連接牢固。確認系統連接準確、安全可靠后，開始注漿。先從小到大的順序緩慢打開注漿泵的供風閥門進行注漿，注漿過程中要注意壓力表的變化情況，當壓力表達到設計壓力4 MPa時，先關閉注漿泵，再關閉注漿錨桿或封孔器連接管處的截止球閥，然后打開壓力表下側的卸壓閥進行卸壓，使殘余在管路內的漿液回流到儲液桶內，然后卸下U型銷，取下注漿管路，將注漿管路再安裝在下一根注漿錨桿上重復進行上述程序繼續注漿。

晉圣松峪煤業采用以上方法施工了2203巷的前50 m以及2206巷的前50 m，使用該注漿加固方法后，巷道成型得到了有效的控制。經過幾個月的觀察與統計，巷道高度與寬度只有部分區段發生輕微變化，變化范圍不超30 mm。在遇到頂幫條件特殊差難以控制成型的掘進工作面時，該方案切實可行。

3 通過支護參數控制巷道成型

1）在掘進23012巷時，巷道設計凈高2 800 mm，凈寬為4 000 mm；在掘進至770 m處，出現了巷道超寬達4 500 mm的情況，現場人員的匯報情況為“巷道超寬嚴重，右幫片幫不可控制，幫部支護困難”，經相關人員現場辦公，發現該區段幫部煤質酥軟，煤層節理裂隙發育、破碎，受到過地質運動擠壓。

經過研討，當時采取的措施為：縮小幫部錨桿間排拒，提前補打控幫錨桿。幫部排距由原先的1 200 mm縮小為800 mm，幫部間距由原先的1 100 mm縮小為900 mm，且在割煤前提前補打1根與工作面成45°角的錨桿，來穩固幫部酥軟煤質，頂部支護參數不變，當時，該區段巷道成型得到了有效的控制，且在施工后的2年內未曾出現變化。

2）在掘進施工23014巷時，巷道設計凈高2 800 mm，凈寬為4 000 mm；在掘進至350 m處，出現了巷道超高達3 500 mm的情況，現場人員的匯報情況為“巷道嚴重超高，頂部出現漏頂、掉渣情況，頂板難以控制，而且支護非常困難”，對此，晉圣松峪煤業相關業務科室組織相關人員現場辦公，發現該區段頂部坑洼不平，仍時不時有掉渣的情況，頂部巖性為碳質泥巖，厚度為0.8 m，普氏系數為1.8左右，當前支護不能有效控制巷道成型。

經過研討，當時采取的措施為：縮小頂部錨桿、錨索間排拒，提前補打控頂錨桿。頂錨桿、錨索排距由1 200 mm縮小為800 mm，頂錨桿間距由1 000 mm縮小為700 mm，頂錨索由“每排布置1根錨索，呈邁步形式布置”變更為“每排布置2根錨索，錨索間距2 000 mm”，且在割煤前提前補打2根與頂板成45°角的錨桿，來穩固頂板碳質泥巖，當時，該區段巷道頂部成型得到了有效的控制，在5個月以后，該區段僅出現了頂板有網包的現象，不影響巷道成型以及安全使用，其余支護參數均未發生變化。

4 通過人為因素控制巷道成型

4.1 基層管理人員的素質

煤礦的基層隊組管理人員一般有隊長、書記、副隊長（安全、生產、機電、通風、成本、運輸等分管副隊長）、技術員以及班組長，現場的管理主要靠跟班副隊長控制，規程措施的編寫貫徹由技術員完成，工程整體的運行由隊長掌控，職工的思想建設由書記進行輔導，相輔相成，環環緊扣，不管哪個層面出了問題，都會直接影響我們的安全、生產以及標準化水平。

現場施工技術員和基層隊組現場跟班干部的業務水平、管理技巧、培訓能力、等方面在掘進作業過程中控制巷道成型所起的作用尤為重要。首先是規程措施的編制，第一要與現場實際相符，在編制規程措施前，需要與隊長、分管生產隊長、有經驗的老工人以及現場驗收員進行結合討論，隨后組織進行現場勘查，并作出報告總結；如果沒有前期準備，會導致技術員所編制的規程措施設計不合理，對現場的指導性不強，例如切割軌跡不正確、炮眼布置不合理、支護技術參數不達標等問題；第二要學會變化管理，在掘進過程中如遇到陷落柱、褶曲、斷層等構造時，要及時制定補充安全技術措施，合理調整炮眼角度、割煤順序以及支護參數。

4.2 班組長所起的關鍵作用

在煤礦企業中，班組是最基層的組織，是煤礦企業實現戰略和各項任務指標的最終落腳點起著關鍵的作用。班組長是領導與職工之間最直接的聯結者，具有生產與管理者的雙重特殊身份，在落實方針政策、完成各項指標中發揮著其獨特的作用。尤其是現場的直接管理，在控制巷道成型方面起著決定性的作用。

白國周可以說是一個全國煤的典范，其班組管理從安全、從質量、從效益入手不斷學習，不斷進取，走出了自己的管理方法，簡單來說就是“六個三”，三勤、三細、三到位、三不少、三必談、三提高。讓每個班組長都成為白國周是不太現實的，但可以從以下方面來完善：

首先要有良好的思想素質和責任心。班組長要通過自己的身體力行、以身作則來引導班組全部職工的前進方向，要做到敬業愛崗，工作上身先士卒，吃苦在前，享受在后，有困難站在前，又方便讓在先，以身作則，嚴以律己，務必要樹立好良好的班組長形象，來感召和帶領班組全體成員。在班組管理過程中，要堅持原則、秉公辦事，班組長作為一班之長，具有管理班組的各種權力，而要用好這個權力，就要為人正直、堅持原則，不能拿原則作交易；其次要有良好的溝通能力，而且要重視和班組成員之間的溝通和理解，形成合力，才能保證政令暢通、責任落實，使班組真正成為無堅不摧的堡壘；最后，要養成民主的好習慣，班組的戰斗力、凝聚力來自班組成員的氣順心齊和團結一致，在遇到問題的時候，千萬不能搞一言堂，要充分吸取大伙的意見來決定。只有能夠做到以上幾點，才能將班組員工的積極性調動起來。而在控制巷道成型上，班組長只需樹立一個目標和方向，大家都會朝著這個目標和方向努力，從而做到了事半功倍的效果。

5 結束語

本文從4個方面淺析了對于控制巷道成型的對策。輪廓射線儀的使用投資小、回報大，給掘進機司機師傅加了一支“望遠鏡”，如虎添翼；注漿工藝已逐漸成熟，在煤礦生產過程中，尤其是遇到地質條件差的區域，要優先考慮注漿，但注漿也存在施工周期長的問題；支護參數的合理設計，也會使控制巷道成型變成一件事半功倍的事情；此外人的因素永遠是第一位的，如何充分調動員工積極性以及培養優秀班組長也是一項很重要的工作，總之在實際生產中，只有根據實際情況，學會綜合應用這些控制巷道成型的措施，才能有效控制巷道成型。