工作面高抽巷掘進技術研究與應用

康 智

（潞安化工集團寺家莊公司，山西 昔陽 045300）

0 引言

隨著煤礦不斷作業，礦井深度加大導致了巷道地應力的上升，使得圍巖相對強度得到增強，由此而引發的問題在于炮掘作業的難度上升，掘進效率明顯下降。特別是在高瓦斯礦井中，為有效應對工作面瓦斯問題，常規做法是通過在煤層頂板設置高抽巷來實施瓦斯抽放。高抽巷通常被設計成全巖巷道，然而采用傳統的炮掘工藝往往效率較低，這直接影響了井下采掘的連續性，甚至容易導致安全事故的發生[1]。本文為提高工作面高抽巷掘進效率，以山西省某煤礦3503工作面高抽巷為例，對支護設計、掘進方式進行研究。

1 工程概況

3503 高抽巷四周分布分別為實體煤（北）、皮帶巷（南）、運輸巷（西）與井田邊界（北），其中運輸巷與高抽巷平行布設。3503 工作面切眼長290 m，可采長度1 209 m，設計運輸巷道長度1 324 m，風巷1 200 m，高抽巷1 228 m，已探明可采儲量約298 萬t。煤層平均厚度6.49 m，埋深525～545 m。

2 支護設計

2.1 頂板圍巖探測

在巷道開口頂板采樣，之后煤巷每間隔300 m、巖巷每間隔500 m 進行一次采樣。利用錨索鉆機探測頂板巖體特性，其探測深度應到超過設計長度2 m，90°角，我們必須對探測數據及時開展研究以確定巖石特性。錨索半徑22 mm，長達7.2 m，且探測最大深度8.5 m。值得注意的是，隨著錨索長度的變化，我們必須靈活改變探測深度，以保證其超過設計長度至少2 m。這一系統性的調整機制對于維持錨索系統的穩定性與可靠性至關重要。頂板圍巖探測分析結果，如表1 所示。

表1 某煤礦3503 工作面頂板探測情況表

2.2 支護工藝與支護參數

3503 高抽巷斷面呈直墻半圓，支護方式為錨桿、錨索以及鋼筋網三者共同構成。該巷道在掘進作業過程中礦壓步距較低，支護錨具未出現斷裂、破損現象，表明該支護強度能夠達到3503 高抽巷掘進作業中頂板支護需求，支護方式與支護參數選取合理。錨桿、錨索規格分別為Φ20 mm×2 000 mm、Φ22 mm×7 200 mm，制作原料分別為左旋無縱肋螺紋鋼與低松弛鋼絞線。3503 高抽巷斷面參數，如表2 所示。

表2 3503 高抽巷斷面參數

頂部支護幫錨桿與頂錨桿間/ 排距分別為：800 mm/900 mm；900 mm/900 mm，頂錨索相距180cm布設一根，同排3 跟，使用W 鋼帶交錯排布，強化支護。臨時支護使用內注式單體液壓柱，采用DN20 液壓柱，0.4 m×0.3 m×0.2 m 柱鞋，主備模式，7 根主液壓柱、3 套主柱鞋柱帽，3 根備液壓柱、1 套備柱鞋柱帽。支護距離工作面迎頭不超0.50 m，液壓柱距離工作面掌頭不超50 m，臨時支護最長不應超出7 h。

在開采過程中除巷內支護外，還應使用沿空留巷旁支護。巷旁支護有柱式、垛式、墻式、錨注式等支護方式，其中墻式支護具有增阻速率高、穩定性強等特點，因此在該煤礦工作面采用墻式巷旁支護。墻式巷旁支護通常采用混凝土填充，在該煤礦中為進一步提高穩定性，將鋼帶支架交錯排布在混凝土填充袋中，在外部采用預應力對拉錨桿、鋼筋網和鋼筋托梁進行護表[2]。在填充混凝土后，因收到內部與外部雙向約束力，該墻體破壞模式發生改變，承載力與抗變形力有著明顯提高。支護墻體使用B50 混凝土，厚度100 cm，對拉錨桿直徑18.2 mm，長度為120 cm，間/排距分別為800 mm/800 mm，填充袋內部的鋼帶支架使用直徑為6 mm 的鋼筋網捆綁扎緊形成。該墻體混凝土終凝強度超出42 MPa，墻式巷旁支護結構示意圖，如圖1 所示。

圖1 混凝土墻式巷旁支護結構示意圖

3 掘進施工工藝

3.1 施工方法

3503 工作面高抽巷全斷面一次爆破掘進，并利用扒巖機與帶式輸送機運出矸石。巷道未開鑿時，第一個任務在于找出中心線及洞口的精準位置，工程實施時推崇位于5 m 處采取短挖短錨法。爆破作業完成之后的工序應包括實施敲幫問頂及對臨時支護的有序進行。經過支護工程的完成并經驗收合格后，才能安排掘進工作。

3.2 掘進方式

結合方案來看，采取巖巷一次爆破流程主要為：在進行作業安全檢查時，必須嚴格執行交接程序，確保所有工序符合規范。巷道輪廓線和拱基線的確定是關鍵步驟，需要仔細梳理地質結構，以確保支護系統的有效性。搭架、定炮眼、編號、標定人員等工作應在作業前有序完成，以確保整個爆破過程的精準性。定鉆、確定方位、調整等操作必須精準無誤，確保鉆孔布置符合設計標準。檢查炮眼、裝藥、連線等步驟應當細致入微，杜絕任何疏漏[3]。設警戒、爆破后的除塵工作，以及降低瓦斯含量的措施，是為了確保爆破操作環境的安全。爆破后要仔細檢查殘孔，進行盲炮、拒爆、殘爆等處理，清除渣巖、出矸，臨時支護和永久支護的合理施行是確保工程質量和安全的必要手段。最終，去除臨時支護是整個作業的收尾工作，需要謹慎有序地完成。

3.3 爆破作業

在爆破工程中，采用掏槽眼與采掘工作面斜交的方式，以確保外眼眼口在輪廓線0.1 m 內，同時保持眼底位于輪廓線，形成每1.8 m 循環一次的布局。選用三級乳化炸藥，采用自產裝藥設備，裝藥長度為6 m，搭配毫秒延遲雷管，確保最后一步不超過130 ms。炮眼的利用率高達90%，一次引爆的最大消耗為32 kg。

炮眼深度計算公式如式（1）所示：

式中：L 表示施工進度，取值80 m；t 表示作業時長，取25 d；N 表示循環次數，此處取值2 次；α、β 分別表示循環率與炮眼利用率，分別取值0.8 與0.9。結合實際情況，鉆孔深度達到2.2 m 的條件下，使用YT-28 氣腿鉆機搭配2.5 m 空心六角鋼鉆桿進行風鉆作業。在此背景下，試排方法的設計允許最多配置48 個炮眼。聚焦于炮眼布置的優化，通過調整炮眼位置，深化研究以提高地下資源勘探的效率。爆破涉及正向裝藥、炮眼口的實填和平封等關鍵步驟[4]。在實施全斷面爆破策略時，采用毫秒級延遲電雷管引爆，注重按順序從掏槽眼出發，引入智能引爆裝置進行操作，由高能脈沖發爆器、放炮母線、連接線、雷管腳線等組成，整體串聯接線，正向裝藥，如圖2 所示。

圖2 裝藥結構示意圖

3.4 裝載與運輸

3503 工作面高抽巷使用P—60B 型耙斗裝巖機與帶式輸送機配合運輸矸石，無極繩轉車、WCL5Y 型履帶車輸送材料，設備使用情況如表3 所示。

表3 運輸設備使用情況

3503 工作面排矸線路，采用高抽巷耙斗裝巖機進行矸石的排除工作。系統包括工作面、西部高抽進風巷、溜矸眼、溜矸下巷、新景礦大皮帶以及地面等要素。在物流系統中，原材料需經由斜坡底部運送至高抽巷和下料巷，其過程涉及到55 kW 的卷揚機，其作用是按照斜坡的傾斜度進行輸送。此系統設計旨在有效實現物料輸送，并通過卷揚機的動力調整，確保斜坡運輸的穩定性；平巷運輸和進出車場采用人工推車方式，通過無極繩回轉至高抽巷入口500 m 處。在人工卸載后，履帶板車負責將物料順利運送至工作面。整個運輸路線包括地面、副立井、輔運巷、高抽措施巷、下料巷以及西部高抽進風巷，最終抵達工作面。這套復雜而有序的流程體現了科學、高效的煤礦運輸系統，確保了物料順利輸送至目標地點。

4 結語

高抽巷在煤礦工程中扮演著至關重要的角色，其通常是全巖巷道，尤其在支護和掘進工藝方面顯得尤為關鍵。以山西省某煤礦3503 工作面為例，采用聯合支護和全斷面一次起爆技術，不僅在實際操作中展現出顯著的工作效率提升，同時也在成本方面取得了令人矚目的節約，減少煤礦安全事故發生，對高抽巷掘進具有重要的指導意義。