煤巷高效快速掘進技術優化思路探索

丁騰騰

（山西蘭花科技創業股份有限公司唐安煤礦分公司，山西 晉城 048400）

就目前我國的煤礦生產狀態展開分析，發現很多的煤礦開采生產中，問題比較嚴重，比如采掘比例失調、接替銜接不穩定等，導致煤礦開采受到較大的影響，開采效率和質量根本無法有效的提升。很多研究學者綜合分析，分析巷道掘進的相關影響因素，優化掘進作業工藝，并且已經將很多先進的成果應用到實際中，促進煤礦開采效果的提升。有研究學者通過使用因子分析法以獲取某煤礦的大段面煤夯快速掘進的4個影響因子，綜合考慮到各個方面的要素，做出優化和改進，提高掘進的水平。還有學者研究發現，巷道掘進中，確定科學合理的空頂距離，方法和效果比較差，實際應用的價值比較高。而有專業技術人員根據當前的煤礦掘進的狀態，進行多向聚能高效破巖關鍵技術、支護系數以及作業制度優化的相關技術等，提高掘進作業的效果。通過研究，各項技術參數和技術有效的控制，提升巷道掘進作業的速度，促進巷道掘進效果和質量的全面提升，滿足當前煤礦巷道掘進的要求。在煤巷掘進作業環節，為了可以全面地提高掘進的質量和效果，給相似的煤礦掘進提供幫助與支持，分析研究目前的掘進狀況，總結出優化措施，對煤礦領域發展產生重要的影響[1]。

1 工程概況

某煤礦在掘進的環節，選擇其中一段作為試驗段進行分析，輔運順槽，而該巷道是煤巷的形式，煤層有2-2 煤，主要的組成成分是瀝青光澤的半亮煤，厚度在4.0～4.6m左右。煤層結構的上覆層厚度在90～130m之間，土層結構厚度在40～100m 之間。同時在內部分布著多種地質條件，比如細粒砂巖、中粒砂巖，厚度在4.76～23.45m。

2 原支護方式

在本次的煤巷開采中，原支護方式為膠運順槽支護的形式，主要的支撐結構是頂錨—頂板應用錨網支護的結構，并使用單軌吊錨桿的方式，錨索以及錨桿的強度性能合格，尺寸與規格滿足內部支撐結構的使用標準要求。同時，在現場的煤巷中合理的分布錨桿，排布方式以及間隔距離完全可以達到正常的運行效果。

3 工藝流程

在本次的支護施工中，具體的施工工藝流程如下所示：先進行工作面膠運順槽的設置，同時再進行輔運順槽的作業，該方式通過應用雙巷掘進的施工方法。連采機割煤、運輸、破碎機轉載、支護頂板等工序嚴格控制，割煤與支護采取交替進行的方式。在本次施工中，具體的施工工序可見圖1。

圖1 總體施工工序

在二次拉底的作業中，首先是進行工作面膠運順槽，然后進行輔運順槽一次掘進80m的深度，并且逐步地延伸皮帶前，從正頭開始進行施工作業，分段實施二次拉底作業，進而可以達到巷道斷面的設計要求，技術參數和性能合格。在二次拉底的階段，后一次延長皮帶75m 長度，可以優選的組織開展后一階段的掘進作業，提高系統運行效果和質量[2]。

4 煤巷掘進速度影響因素

4.1 原工藝工時統計

要想使得整個現場的煤巷掘進作業速度加快，將掘進作業的周期控制在合理的范圍內，減少現場不利因素的干擾和影響，技術人員綜合分析，最終進行原工藝的調整，以割煤8m，支護8排作為一個統一的單元實施膠運巷與輔運巷的重要工序時長延長，從而可以確保作業順利的完成。經過上述流程分析發現，在現場的作業中，最為主要的幾個工序就是割運煤、調機、頂板支護等。在頂板支護的環節，組織人員開展現場作業，比如鉆孔、放藥卷、安裝錨桿等，人員的專業技術水平比較高，掌握熟練的操作技術，縮短項目作業的工期。同時，做好現場記錄工作，對于每名工作人員的情況都有所掌握，以便于合理地分配作業人員，將現場施工控制在合理的范圍內，確保施工效果合格。對于本次工作來說，各工序時長統計可見表1。

4.2 原工藝問題分析

技術方面:①目前的錨桿支護系統應用效果良好，將頂板變形控制在合理的范圍內，但是因為在現場安裝的頂板支護錨桿的數量非常多，密度比較大，加上現場的施工環境比較復雜，工藝方案難度較大，所以現場人員應該反復進行調機支護處理，工作時間消耗的比較大。②礦井現場的南部主運輸系統的煤倉出現停運的情況，所以現場的連采機也就不能開啟運行，造成割煤的時間比較長。③現場施工中地質條件調查不夠深入，空頂距離的研究還存在很多的問題，且空頂的距離比較大，導致設備來回調的時間較長。④井下空間有限，設備存儲的能力不足，一旦出現故障問題，煤無法運輸，周期延長[3]。

人員組織方面:①人員的專業技術水平相差較大，沒有積極參與到培訓學習中，熟練工與新手的時間差異很大；②交接班停機時間很長，對于生產班作業時沒有把割煤和支護分別設置，造成前一個生產班不能給后一個生產班提供幫助，早班不生產的情況較為嚴重，時間浪費比較多。

5 煤巷快速掘進優化對策

5.1 支護優化

為了解決上文中提出的錨桿支護密度大、數量多、效率低等問題，要做出頂板結構支護的優化與改進。經過分析連續梁理論參數，確定具體的預應力錨桿頂板支護的形式，選擇厚度符合設計需要的錨固巖梁的結構，從而可以緩解變形、避免離層、防止失穩等，進而可以實現雙向聯動和控制，有效地實現層間控制。通過增大梁厚的方式，提高結構的抗彎性能，減小抗采動力，最終得出圖2的力學簡圖。

圖2 “連續梁理論”力學簡圖

經過上述分析，研究圖形變形，最終提出如下的優化方案：通過使用合理的方式減小支護錨桿的密度，調整錨桿的形式，從原先的6 根改變為4 根，并且將錨桿的形式做出調整，即從原先的圓鋼錨桿調整為左旋無縱筋螺紋鋼錨桿。這種優化改進的方式，錨固的方式有了很大的改變，從端頭錨固逐步地調整為半長錨固的方式，錨桿長度也從350mm 增加到950mm。通過采取措施調整錨桿排距數據，其從1m 增加到1.2m；頂板網片的型號也盡量地保持統一，不需要選擇多種規格，其寬度設計為錨桿間距+300mm，長度為巷道寬度的1/2+150mm。根據現場工作面配套的具體情況，做出技術參數的優化和改進，提高網片規格，減少錨桿數量，工藝得到簡化，現場施工作業量也會減少，不會存在反復調機的情況，從而實現支護性能的提高，也能大大提升作業效率，綜合利用價值較高[4]。

5.2 其它優化

進行膠帶機的提速改造，對本次的煤膠帶機展開提速改進作業，防止南翼主輸送系統給停機造成嚴重的影響，可以全面地提高開機的效率。最大空頂距離也要做出調整，根據現場的具體情況，掌握到煤層頂板地質條件信息，分析相鄰工作面的回采環節超前礦壓以及順槽頂板垮落的問題，把最大空頂距離從原先的8m 增加到12m，單次循環進尺的作業量做出調整。順槽橫貫的改造應該在距離工作面的正頭200m 的位置上做出改變，并且在現場合適的位置上設置設備與材料的補給站，避免設備出現問題而影響掘進作業。制度管理的優化也極為重要，根據現場工作的需要做出制度的改進與完善，加強人員培訓，提高工作熟練度；嚴格落實班組內部管理工作，縮短交接班的時間，提高掘進效率；班組長對各個環節展開時間的核算，促進生產效率以及開機率的提高。早班組織相應的生產任務措施，發布相應的考核指標與管理措施，促進生產效率的提升，產生較高經濟效益[5]。

6 快速掘進優化效果分析

6.1 優化后工時統計

工時統計：為了能夠更好地優化掘進工作效率，對于優化處理完成后的工序統計，可見表2。在優化開始之前，現場是采用一次割煤8m、支護8 排的方式，而在優化完成后調整為一次割煤12m、支護12 排的方式。對于上述數據對比分析，發現優化前后的平均時間都做出了改變，具體可見圖3 所示。分析圖內的變化情況，兩種方式用時都出現了降低的情況，而膠運順槽的工時縮短的比較明顯，總體應用效果較好。

表2 膠運巷工序時長

圖3 輔運順槽工序優化前后時長統計

6.2 膠運順槽工序優化前后時長統計

在進行方案優化之后，工作面膠、輔運順槽的掘進作業從單日35m 增加到50～60m，這樣計算之下，月掘進的深度從900m增加到1500m以上，已經完全可以達到掘進高效的要求，縮短項目工期。分析工時數據信息，發現通過快速掘進方式應用之后，使得塔礦內的3個工作面已經成功掘進9500m，并且各方面的參數改善都比較明顯，作業效率得到了根本性的提升。

7 結論

（1）頂板支護、割煤和調機是目前煤巷掘進的主要環節，對于正常的運行產生直接的影響，所以優化改進應從這些方面出發進行。在確保支護強度合格的基礎之下，減少頂板錨桿的支護作業數量，改進錨固方式，合理地增加錨固長度、排距等參數，支護作業的效率大幅提升，可以達到20%以上，并且支護的密度也有了很大的降低，使得頂板支護環節作業時間有效地降低，促進總體利用率的提升。

（2）高效快速掘進作業工藝的復雜性較高，對于工作人員的專業技術要求很高，同時還能避免各種不利因素或者條件的影響，使得地質條件、支護參數、裝配配套、考核機制、勞動人員組織等方面做出合理的改進，達到系統連續掘進的效果，優化和改進掘進水平，成為更加先進的掘進作業體系。

（3）經過工藝優化改進之后，月單進水平從900m增加到1500m以上，效率提升的幅度非常大，符合快速掘進的標準要求，系統運行更加的穩定、可靠，實現綜合效益的提升。