煤礦大斷面巷道快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)研究

李 坤

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司同家梁礦，山西 大同 037003）

1 煤礦3304 巷掘進(jìn)概況

以山西某煤礦為例，其設(shè)計生產(chǎn)能力可以達(dá)到750 Mt/年，每年需要開掘新的巷道長度約為1.5 m。在對薄煤進(jìn)行掘進(jìn)的過程匯總，巷道的掘進(jìn)速度能夠達(dá)到要求，可是對于厚煤層而言，其掘進(jìn)速度相對緩慢，通常每年掘進(jìn)的速度不到4 000 m，進(jìn)而不能滿足礦井生產(chǎn)的需要。由此可以看出，在分析厚煤層掘進(jìn)速度時，通常需要探究工作面地質(zhì)、掘進(jìn)以及支護(hù)條件等，從而可以更好地優(yōu)化巷道掘進(jìn)快速與支護(hù)。

3304 巷沿著3 號煤層底板進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時，經(jīng)過測算發(fā)現(xiàn)煤層f 數(shù)值在2～3 范圍內(nèi)，厚度取值在8.2～9.4 m 之間，在煤層頂端位置是粉砂巖其厚度可以達(dá)到4.2 m。

2 巷道掘進(jìn)地質(zhì)與施工技術(shù)

2.1 地質(zhì)概況以及相應(yīng)的掘進(jìn)技術(shù)

經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)該煤層深度相對較深，同時地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，地質(zhì)結(jié)構(gòu)起伏，從而給巷道的快速掘進(jìn)以及支護(hù)產(chǎn)生了制約。在進(jìn)行掘進(jìn)的過程中，通常可以選用短掘短支方式，與此同時需要借助高強(qiáng)度的支護(hù)形式，從而能夠有效地對巷道圍巖進(jìn)行控制，從而大大提高圍巖的穩(wěn)定性，可是巷道掘進(jìn)時出現(xiàn)斷面較大時，那么將大大增加巷道掘進(jìn)的工作進(jìn)度。與此同時，對于圍巖控制而言，往往需要增加過多的錨桿以及錨索，因此將消耗一定的時間，進(jìn)而降低工作效率。

2.2 掘進(jìn)支護(hù)勞動作業(yè)條件分析

由于在井下作業(yè)時，當(dāng)前所采用的機(jī)械化程度相對較低，在對巷道臨時支護(hù)時，往往需要增加更多的前探梁。與此同時需要借助單體錨桿鉆鉆孔，同時需要設(shè)置錨桿以及錨索作為永久支護(hù)。

3 巷道快速掘進(jìn)以及相應(yīng)的支護(hù)技術(shù)

3.1 應(yīng)用條件

在對礦井地質(zhì)以及相應(yīng)的開采情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，在提高巷道掘進(jìn)以及相應(yīng)的支護(hù)效率方面，往往可以從如下幾個方面入手[1-2]：第一，在不出現(xiàn)安全隱患的條件下，可以適度地降低支護(hù)強(qiáng)度，并且對支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)處理，從而可以避免不必要的支護(hù)時間，從而可以提高工作效率；第二，在巷道臨時支護(hù)以及永久支護(hù)過程中，可以融入自動化的理念，進(jìn)而能夠提高安裝以及拆除支護(hù)的效率；第三，優(yōu)巷道掘進(jìn)與支護(hù)流程，使得支護(hù)與掘進(jìn)保持同步。

3.2 快速掘進(jìn)以及對應(yīng)的支護(hù)技術(shù)

3.2.1 厚煤層快速掘進(jìn)工藝

對于厚煤層掘進(jìn)時，可以選擇應(yīng)用在空巷到掘進(jìn)的機(jī)械化臨時支護(hù)以及相應(yīng)的掘進(jìn)設(shè)，與此同時可以依據(jù)現(xiàn)場支護(hù)的需要對現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，從而能夠得到性能優(yōu)良的掘進(jìn)與臨時支護(hù)設(shè)備。通過3304 巷道掘進(jìn)的過程中，配置了綜掘機(jī)相配備的ZLJ-20/21 機(jī)載臨時支護(hù)機(jī)械，下頁圖1 表示相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備圖。其能夠達(dá)到空頂區(qū)臨時快速臨時支護(hù)的效果。經(jīng)過工程實踐發(fā)現(xiàn)，其可以保證空頂區(qū)域的安全性、快速支護(hù)，使得綜掘工作面位置的掘進(jìn)、支護(hù)以及錨等工作的有序進(jìn)行，從而可以大大提高綜采設(shè)備的自動化水平。

圖1 機(jī)載臨時支護(hù)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.2 優(yōu)化大斷面巷道支護(hù)

通過對臨時支護(hù)工作面支護(hù)進(jìn)行計算，進(jìn)而優(yōu)化巷道掘進(jìn)參數(shù)，最終可以得到3304 巷道支護(hù)的有效參數(shù)。將斷面形式改為梯形斷面，同時在巷道兩幫位置設(shè)置92°扎角，掘進(jìn)斷面的凈面積可以達(dá)到18.62 m2。在巷道支護(hù)的過程中，可以錨桿排距設(shè)定為0.9～1.1 m 范圍內(nèi)。對于巷幫而言，所選用的排距設(shè)定為1.7 m×1.8 m。

對于3304 巷道而言，可以選用錨網(wǎng)索的形式進(jìn)行支護(hù)，其參數(shù)如下所示：所選用的頂板支護(hù)錨桿為螺紋鋼錨桿，規(guī)格為Φ22 mm×2.4 m，相應(yīng)的排距間隔為0.75 m×0.9 m。通常在巷道頂板中間位置設(shè)置1 根錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，其規(guī)格為Φ22 mm×8.5 m。在巷幫位置設(shè)置了5 根錨桿進(jìn)行支護(hù)，其中在h 位置設(shè)置的錨桿參數(shù)為Φ20 mm×1.0 m，剩下的四根錨桿參數(shù)為Φ20 mm×2.0 m。對于巷幫錨桿而言，都選用螺紋鋼錨桿，其間距設(shè)定為0.85 m×0.9 m。對于護(hù)巷煤柱頂板而言，可以在其下方是指一個錨索，其規(guī)格為Φ22mm×5.0m，設(shè)置的仰角范圍為25°～30°之間。在位于巷幫中間位置可以一個錨索，其規(guī)格為Φ22 mm×3.5 m。對于實體煤幫間距而言，可以在1.7m 位置設(shè)置兩個錨索，其規(guī)格選為Φ22 mm×8.5 m。圖2 表示相應(yīng)的巷道支護(hù)設(shè)計[3]。

圖2 巷道支護(hù)示意圖（單位：mm）

3.2.3 掘進(jìn)支護(hù)平行作業(yè)

為了能夠有效地使得掘進(jìn)與支護(hù)相結(jié)合，因此可以使用掘進(jìn)與支護(hù)平行的工作流程，從而能夠提高掘進(jìn)效率。與此同時可以有效地避免因支護(hù)對掘進(jìn)工作效率產(chǎn)生影響，以此需要依據(jù)掘進(jìn)巷道的工況，實施大斷面巷道多級支護(hù)，主要包括如如下三個環(huán)節(jié)：臨時支護(hù)、及時支護(hù)、滯后支護(hù)。與此同時可以確定各個支護(hù)的時間、間距以及強(qiáng)度。在對巷道進(jìn)行支護(hù)的過程中，假如巷道頂板圍巖處于穩(wěn)定的狀態(tài)時，可以選用機(jī)載臨時支護(hù)裝置，從而可以在空頂巷道上迅速的設(shè)置兩排鋼帶。同時需要在巷幫施工上方設(shè)置兩個錨桿，在掘進(jìn)施工時都要設(shè)置一次。假如巷道掘進(jìn)時，所經(jīng)過的地質(zhì)相對松軟，那么巷幫錨桿需要緊跟掘進(jìn)迎頭。

3.3 應(yīng)用效果

經(jīng)過在3304 巷進(jìn)行工程實踐發(fā)現(xiàn)，對掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化后，能夠大大提高巷道掘進(jìn)的效率，掘進(jìn)尺度提高了90 m。通過對圍巖參數(shù)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，頂?shù)装逦灰屏靠梢赃_(dá)到165.3 mm，而相應(yīng)的巷道位移量可以達(dá)到296.4 mm。在工作的過程中該巷幫圍巖變化量在350～843 mm 之間，因此可以滿足工程需要。