半煤巷快速掘进施工工艺的选择及应用效果分析

贺富杰

（晋能集团忻州有限公司，山西 忻州 034000）

1 工程概况

泰安煤业为晋能集团忻州有限公司下属煤企，开采11号煤层，煤层自身构造相对简单，薄煤层，缓倾斜。开展半煤巷掘进施工作业时，采用破底方式，主要是针对粉砂岩和泥岩等进行截割施工。

11102工作面运输顺槽坡度10°，巷道总长1120m，半煤巷设计长度600m。半煤巷工作面顺槽标高+770～ +782m。11号煤层伪顶为0.1～0.7m的泥岩，直接顶为2～3.21m的含钙泥岩，基本顶为4.15～4.6m的泥质粉砂岩；直接底为2.32～7.84m的泥岩。

2 半煤巷掘进施工工艺选择

2.1 按照半煤巷的长度加以确定

半煤岩巷长度对其掘进施工工艺影响较大，当巷道长度值较短时，应用钻孔爆破作业工艺较为合适，同时还需要配置相应的装载机械和耙斗机械；当巷道长度值较长时，应用综掘机械开采工艺则更为合适。该矿井半煤巷长度较长，故选择综掘机械开采工艺。

2.2 按照半煤巷岩石性质选择

半煤岩巷岩石性质对掘进施工工艺也具有较大影响，当半煤巷掘进过程中，进行截割处理的岩石结构厚度较大，而且岩体的强度值较高时，适宜采用综掘机械化开采技术，配置重型硬岩掘进机械，这样才能确保半煤巷掘进作业的效率。并且，在半煤巷的掘进作业过程中，也可以辅助以松动爆破施工技术，辅助综合机械化掘进作业。

根据该矿实际地质条件，选择采用综掘机械化开采技术，同时还需要配置重型硬岩掘进机械。

3 半煤巷快速掘进施工效果

3.1 施工效果

按照上述设计的各项作业参数，工作面顺槽掘进速率较高，成巷质量同样也得以改善。依据半煤巷作业现场的相关数据来看，半煤巷从2017年5月开展首次作业之后，到2017年8月作业完工，工期经过了90d的时间，共进行了533个循环作业，掘进的总长度达到近500m，超出了之前预设的月进度目标。在作业完成之后，岩体的块度也相应减少，而且岩体粒径变得更加均匀，对于装岩施工是非常有利的。半煤巷的成巷作业也全部达到要求，优良率超过了86%，同时没有出现欠挖现象，最大超挖值被有效控制在150mm之内。

3.2 围岩位移监测

（1）围岩位移监测站和监测点的设置

从半煤巷进行掘进施工作业起始，每间隔距离为30m加设监测站点，监测站点的编号分别为1#～4#，一共设置有四个监测站点。在对测点的位移进行测量过程中，采用的方法为十字交叉法，全面测量半煤巷顶板结构和两帮结构位移量。

（2）半煤巷位移监测数据分析

由于工作面作业使用的工艺技术为倾斜长壁采煤工艺，煤层的倾斜角度值平均约为10°左右，故巷道掘进施工是沿着煤层走向开展掘进作业的，半煤巷深度值同样也要随着开采作业不断进行而有所增大，各个监测站点便会存在相应垂直距离。由于煤层倾斜角相对较小，所以各个监测站点的垂直距离相对较小，这对于监测结果的影响不大。1#站点至4#站点测量的两帮结构和顶板结构移近量数据如图1和图2所示。

由图1中数据可以得出，半煤巷掘进施工的90d时间之内，两帮结构移近量最大数值为178.5mm。从4#监测站点的现场监测数据信息可以得到，两帮结构监测到的移近量，沿半煤巷下山方向有着不断增加发展趋势，但是具体增加值不大，增加值只有6mm左右。由于在采用快速掘进施工作业之前，半煤巷已完成掘进量达140m左右，而半煤巷的设计长度仅仅有600m，因此，半煤巷最深部位两帮结构发生位移的数值也不会太大。整体上看，巷道的整个服务期限之内，基本上可以正常的应用。

由图2中数据可以得出，半煤巷顶板结构出现形变情况下，形变速率在掘进作业开始实施之后约1月后位移速率才逐渐增加，最大的位移速率约为6.3mm/d，在经过两个月的快速掘进作业施工之后，顶板位移速率慢慢地趋向稳定，顶板变形量最大值为150mm左右，同时围岩的收敛相对较小。因此，从图中可以看出，由于巷道支护应用了锚网索带联合支护技术，可以显著地控制顶板结构位移，有效地改善围岩结构强度值，确保煤炭资源开采作业更加安全与经济。

图1 两帮移近量变化情况

图2 顶板移近变化情况

4 经济效益分析

在泰安煤业应用半煤巷快速掘进工艺方法之后，每个月的进度计算公式如下：

上式中：

N-每一天之中所完成的掘进循环次数；

M-每一月之中快速掘进作业天数，d；

L0-单次循环作业的进尺值，m。

由上式同时参考现场监测到的相关数据信息可以计算出月进度：

在采用快速掘进施工方法之后，半煤巷的掘进速率得以有效增加，由以往80m/月提升到了140m/月。由于巷道设计的总长度值是600m，开始计划约8个月左右时间完工，而在采用了快速掘进施工技术之后，能够确保半煤巷掘进周期减少到4.3个月左右，可以提前约4个月完工，极大地缩短了施工时间。

5 结论

本文以泰安煤业11102工作面半煤岩巷运输顺槽掘进为工程背景，对半煤岩巷快速掘进施工工艺进行设计，并验证了该工艺的实用性和经济性。主要结论有：

（1）11102工作面运输顺槽采用综掘机械化开采技术，配置重型硬岩掘进机械进行半煤岩巷的快速掘进，半煤巷的成巷作业全部达到要求，优良率超过了86%，最大超挖值被有效控制在150mm之内。

（2）半煤巷快速掘进施工效果良好，顶板及两帮变形较小，且分析经济效益发现，采用快速掘进施工方法后，半煤巷的掘进速率得到有效增加，不仅极大地缩短了施工时间，同时也有效地提升了煤矿企业利润。