復雜地質條件巷道快速掘進及支護系統的研究

秦艷峰

（汾西礦業柳灣煤礦，山西 孝義 032300）

引言

隨著礦井采掘深度的增加，煤巖回采時受到瓦斯涌出、地質構造以及地應力等的影響越來越明顯，同時回采巷道掘進時受煤壁片幫、底鼓等的影響更為明顯[1～3]?，F階段，雖通過推廣綜掘機在一定程度上提升了巷道掘進進尺，但是地質條件復雜、掘進及圍巖支護效率低等問題在一定程度上制約著綜掘巷道掘進效率，礦井普遍面臨采掘接替緊張局面[4]。因此，如何實現復雜地質條件下巷道快速掘進及支護成為礦井生產過程中需要解決的現實問題[5-7]。

1 工程概況

山西某煤礦35061 巷為3506 綜采工作面膠帶運輸順槽，巷道沿著3 號煤層底板掘進，設計掘進長度為3 629.7 m，矩形斷面，巷高×巷寬=3.8 m×5.4 m。根據前期物探資料顯示，巷道掘進至580 m 時呈一向斜構造，在構造影響區內煤巖體破碎，給巷道正常掘進帶來一定的影響。

3 號煤層厚度介于2.75～5.68 m 之間，平距4.2 m，賦存較為穩定，煤層傾角2°～6°，硬度2～5，頂底板巖層以砂巖、泥巖為主。35061 巷正常掘進期間瓦斯涌出量為3.53 m3/min。

2 快速掘進系統的應用

2.1 系統結構

采用的快速掘進系統結構如圖1 所示，包括掘錨一體機、可轉載錨桿機、自移式機尾、通信系統等。系統內各組成部件聯動完成破煤（巖）、轉載、支護以及除塵等各項工作。在采用的掘錨一體機上隨機布置有6 臺錨桿鉆機，可顯著提升巷道支護效率，具體快速掘進系統技術參數見表1。

圖1 快速掘進系統結構示意圖

表1 快速掘進系統技術參數

2.2 膠帶順槽支護

快速掘進系統沿著35061 巷中心掘進，采用錨網索支護對巷道圍巖進行支護。

2.2.1 頂板支護

頂板用Φ22 mm×2 800 mm 螺紋鋼錨桿支護，間排距為970 mm×1 000 mm，配合由Φ16 mm 圓鋼加工而成的托梁復雜支護，托梁長度5 000 mm，一梁六孔。錨桿支護的托盤規格為80 mm×80 mm×10 mm。用規格為Φ21.8 mm×7 300 mm的錨索按照1 600mm×2000mm的間排距支護頂板，配合長度5000 mm的T40 鋼帶輔助支護，每根鋼帶上連接4 根錨索，支護采用的托盤規格為150 mm×150 mm×12 mm。

2.2.2 巷幫支護

采面幫由規格為Φ22 mm×2 800 mm的玻璃鋼錨桿按照1 000 mm×1 000 mm的間排距支護，每排布置4 根；煤柱幫由規格為Φ22 mm×2 800 mm的玻璃鋼錨桿按照700 mm×1 000 mm的間排距支護，每排布置4 根。

2.3 快速掘進工藝

采用掘錨機實現35061 運輸順槽全斷面掘進，配合機載錨桿鉆機對圍巖進行支護，由刮板輸送機、轉載機以及皮帶輸送機等實現煤矸同步運輸，從而實現巷道快速掘進?？焖倬蜻M關鍵之一就是如何提高錨桿、錨索施工效率，改變巷道以往的迎頭支護方式，通過多排多臂支護工藝實現錨桿全空間支護，提高支護施工效率。在正常情況下，2 人操作掘錨機前端的4 臺機載錨桿鉆機實現頂板錨桿施工，2 人操作掘錨機上機載巷幫錨桿鉆機，實現巷幫上部的2排錨桿支護（同時完成巷幫金屬網鋪設），后續的頂板錨索以及巷幫錨桿則通過機尾位置的機載錨桿鉆進完成施工。具體各階段支護任務分配見圖2。在35061 運輸順槽內的掘進工作為“三·八”制，生產班13 名作業人員，檢修班14 名作業人員。

圖2 各階段支護任務分配示意圖

3 應用效果分析

掘進進尺以及圍巖支護效果是表征快速掘進系統應用效果的最直觀指標。在35061 運輸順槽完成安裝調試后，開始進行巷道掘進及支護工藝，在后續監測期間巷道掘進進尺平均達到600 m，耗時7 個月完成掘進（其中一個月停工未生產），具體在掘進期間各月掘進進尺統計情況如表2 所示。在快速掘進系統現場應用過程中各工種均可相互配合，各設備均可靠運行。

表2 各月掘進進尺統計情況 m

掘進時對巷道頂底板以及巷幫圍巖變形情況進行監測，監測期間頂底板、巷幫最大變形量分別被控制在68 mm、25 mm，且頂板未出現離層情況。表明采用快速掘進系統以及文中所述支護可實現對圍巖的有效控制。

快速掘進系統可實現巷道掘進、圍巖支護以及煤（巖）運輸的同步進行，使得巷道圍巖支護效率提高30%以上，錨掘運等工藝平行作業效率由25%提升至50%，較礦井其他巷道采用的綜掘機掘進方式巷道掘進進尺以及掘進效率提升幅度均超過1 倍以上。

4 結論

將融合破巖、支護、轉載、運輸等環節為一體的快速掘進系統應用到巷道掘進中，可有效解決采用綜掘機雖可在一定程度上提升巷道掘進進尺但是仍無法解決巷道掘進速度與采面推進速度不匹配問題，以及由此帶來的錨桿支護施工效率低，破巖、支護以及排矸等工作無法平行作業導致的綜掘機掘進進尺不高的問題，可實現巷道快速掘進機的支護目標。