巷道掘進中錨桿支護優(yōu)化技術的研究

劉 陽

（晉能控股煤業(yè)集團晉華宮礦，山西 大同 037016）

引言

巷道快速掘進成巷是關系著煤礦安全生產(chǎn)的重要因素，盡管近些年來巷道掘進作業(yè)的機械化水平有所提高，但是由于在施工作業(yè)中掘進與支護這兩個工序是相互分離的，導致巷道掘進效率低，影響著巷道的快速掘進[1]，且其中錨桿支護時間占成巷時間的比例過大，這也是嚴重制約巷道快速掘進的主要原因[2]。本文通過研究在巷道僅有頂部錨桿支護的前提下，監(jiān)測巷道圍巖的變形情況，進而提出巷道錨桿分次支護的優(yōu)化方法，將掘進作業(yè)與幫部錨桿支護作業(yè)進行有效融合，大幅縮短錨桿支護在巷道成巷中的時間，不僅能保證煤礦巷道開挖的安全，且可達到快速成巷，提高煤礦作業(yè)的高產(chǎn)、高效等目的。

1 錨桿分次支護優(yōu)化技術的介紹

傳統(tǒng)的巷道錨桿支護技術，是在巷道掘進機開挖至一定深度后，掘進機退出并停止工作，緊接著在剛完成掘進面的頂部和幫部支護所有的錨桿，其中的掘進與支護作業(yè)是相互分離的[3]。而錨桿分次支護優(yōu)化技術關鍵在于改變原先一次成巷支護的作業(yè)模式，即先在支護斷面上進行頂部錨桿的支護，隨后隨巷道掘進作業(yè)的同時再進行幫部錨桿的支護。具體是，當巷道開挖時，掘進機沿掘進方向完成一個開采周期后，掘進機后退并停機，利用錨桿機在頂部支護一定數(shù)量的錨桿，其中支護是由外向掘進頭方向支護并緊跟掘進面；緊接著，掘進機繼續(xù)前進并進入下一掘進循環(huán)周期，再在其頂部支護一定數(shù)量的錨桿，以此循環(huán)推進；而幫部錨桿的支護是在滯后掘進面一定距離后，隨前方巷道掘進的同時，進行后方幫部錨桿的支護[4]，從而減少部分錨桿支護在巷道掘進中的時間，實現(xiàn)快速掘進成巷。

2 錨桿分次支護優(yōu)化技術的工藝流程

本文以某礦為研究對象，頂部錨桿支護的具體工藝流程為：先掘進2.5 m（一個循環(huán)周期）時，在該掘進面巷道頂部的中央位置處支護2根錨桿，支護3排；在下一掘進面同樣的位置處支護2根錨桿，支護3排，另外還要在該支護錨桿位置處的兩旁再各支護1根錨桿，排數(shù)一樣，以此循環(huán)推進，完成后續(xù)掘進面頂部錨桿的支護。另外，本文中的幫部錨桿支護是在滯后距掘進面21 m時進行的。總體支護布置示意圖如圖1所示。

圖1 總體支護布置示意圖（單位：mm）

3 錨桿分次支護優(yōu)化技術的分析研究

為便于研究分析，本文頂部錨桿支護采用的參數(shù)均相同。通過2中的描述可知：在距掘進點0~2.5 m的范圍內，錨桿支護根數(shù)為2，排數(shù)為3；在3.5~7.5 m范圍內，根數(shù)為4，排數(shù)為5；在8.5~10.5 m范圍內，根數(shù)為6，排數(shù)為3。由于在進行幫部錨桿支護時，滯后掘進面的距離21 m大于10.5 m，因此，本文主要是研究在頂部錨桿支護后，而幫部錨桿還未支護的前提下，監(jiān)測距掘進起始點2.5 m、7.5 m、10.5 m共三處位置下巷道圍巖的變形情況，得到如下頁圖2、圖3、圖4所示的模擬云圖。

圖2 距掘進面2.5 m處的變形（mm）情況

圖3 距掘進面7.5 m處的變形（mm）情況

圖4 距掘進面10.5 m處的變形（mm）情況

由圖2可知，距掘進面2.5 m斷面處，巷道圍巖豎向最大位移約5.4 mm，沿縱向變形量約0.16%；水平最大位移約2.2 mm，沿橫向變形量約0.04%。從圖中可以看出，開挖斷面僅在頂部錨桿支護下，巷道圍巖產(chǎn)生了一定的變形，但變形量很小，表明通過僅在頂部支護一定數(shù)量的錨桿，可保證煤礦巷道頂板的穩(wěn)定。

由圖3可知，距掘進面7.5 m斷面處，巷道圍巖豎向最大位移約9.4 mm，沿縱向變形量約0.27%；水平最大位移約4.2 mm，沿橫向變形量約0.08%。由圖2和圖3對比可知，隨巷道的開挖掘進，圍巖變形在逐漸增大，但都很小，表明隨頂部錨桿支護數(shù)量的增加，圍巖變形仍在可控范圍內，能達到繼續(xù)保證巷道頂板穩(wěn)定的目的。

由圖4可知，距掘進面10.5 m斷面處，巷道圍巖豎向最大位移約14.6 mm，沿縱向變形量約0.41%；水平最大位移約9.3 mm，沿橫向變形量約0.17%。對比圖2、圖3、圖4可知，隨著開挖掘進面距離的增大，巷道圍巖豎向和水平位移變形也逐漸增大，且在越遠離掘進起始點處，圍巖的變形最大，但變形值都較小，且均都在可控的范圍之內。綜合可得出，在巷道掘進過程中，采用錨桿分次支護優(yōu)化技術，可保護巷道穩(wěn)定，實現(xiàn)前方巷道掘進開挖和后方幫部錨桿支護的同步進行，實現(xiàn)巷道快速成巷。

4 結論

1）隨著開挖掘進面距離的增大，巷道圍巖豎向和水平位移變形也逐漸增大，且在越遠離掘進起始點處，圍巖的變形最大，但變形值都較小，且均都在可控的范圍之內。

2）采用錨桿分次支護優(yōu)化技術，可將掘進與幫部錨桿支護作業(yè)進行有效融合，從而減少部分錨桿在巷道掘進中支護的時間，實現(xiàn)快速掘進成巷。