控制煤矿巷道成型的措施分析及其应用研究

许锡军

（山西晋煤集团晋圣松峪煤业有限公司，山西 晋城048200）

1 在有中线巷道中使用防爆轮廓射线仪

通常人们在掘进过程中使用激光校正仪配合控制巷道的方向及成型，例如，23051巷道设计宽度为5 000 mm，使用偏中线控制巷道，中线距左帮1 800 mm，中线距右帮3 200 mm；在这种情况下，由于受井下光照条件的影响，巷道成型及其考验一个掘进机司机的操作水平，对于一些工作年限较长的掘进机司机来说，他可以通过经验、感觉、副司机的指挥等来控制巷道成型。2016年4月-5月，晋圣松峪煤业做过一个实验统计，安排有经验的老司机负责在23051巷300~700 m以及23032巷650~1 150 m割煤，安排新司机负责在23052巷300~700 m割煤以及23034巷650~1 150 m割煤，得到了巷道成型统计表（见表1）。

表1 巷道成型合格率统计表

通过表1的数据可以看到，有经验的掘进机司机在巷道成型合格率上比较高一点，基本都在70%左右，而新司机的合格率只能达到52%左右；从另一方面也可以看到，在巷道超欠挖方面，仅仅依靠司机的割煤经验和水平是存在不足的。

2018年9月，晋圣松峪煤业调研引进了防爆轮廓射线仪，灵感起源于人们在家庭装修中经常使用到的水平仪，原理为通过防爆轮廓射线仪将激光线打至工作面，司机在割煤过程中通过射线指示进行割煤操作。2018年10月-11月，针对防爆轮廓射线仪的使用效果组织了一次实验统计：安排有经验的老司机在23072巷施工800~1 300 m段，该段不使用轮廓射线仪；安排新司机在23073巷施工800~1 300 m段，该段配合使用轮廓射线仪；安排另一部分有经验的老司机在23043巷施工900~1 400 m段，该段配合使用轮廓射线仪，得到了巷道成型统计表（见表2）。

通过插表2的数据分析，老司机在未使用轮廓射线仪的情况下，其巷道成型合格率为71.4%，比较插表一基本无变化；新司机在配合使用轮廓射线仪后巷道成型合格率上升至80.6%，增幅约为30%；老司机在配合使用轮廓射线仪后巷道成型合格率上升至92.2%，增幅约为20%。可以看出轮廓射线仪的使用可以在巷道成型合格率方面有20%~30%的提升。

表2 巷道成型合格率统计表

目前，晋圣松峪煤业已在井下所有的掘进头面安装使用了防爆轮廓射线仪，在巷道成型、巷道感观、降低成本、后期投资等方面起到了很好的效果，经计财以及成本组核算，自2018年10月-2019年6月，在掘进专业上，主材的成本投资降低了3.5%。

2 通过注浆工艺控制巷道成型

2.1 针对严重底鼓的区段

以晋圣松峪煤业的西翼2205巷为例，2019年3月，在200~500 m区段，巷道底鼓严重，造成影响运输、通风、行人的后果（设计高度2 700 mm，底鼓后1 900 mm），针对此情况，采用了高压注浆配合强力锚索补强支护加固工艺，注浆孔与锚索孔合二为一，注浆孔呈矩形布置，中部锚索垂直底板向下，两侧锚索外扎一定的角度。钻孔深度8 000 mm。锚固方式为联邦双液浆锚固，锚索规格φ21.8-1-8300型锚索，锚索索体为高强度低松弛钢绞线，锚索外露锁具以外不大于250 mm，注浆1 d后预紧，锚索预紧力不小于200 kN。钻孔内插入锚索并插入铝塑管，插入4 500 mm，外露不大于500 mm，用封孔胶塞、棉纱及联邦双液浆封口，并安装配套的拱形托盘及锁具。配合使用钢筋梯梁规格为φ20-2-2300×250 mm，锚索外扎10°，锚索间距为2 000 mm，排距为2 000 mm，南帮侧锚索距南帮为1 000 mm（见图1）。

图1 2205巷底板加固示意图

底板加固主要施工工序：安全检查、找掉→标记钻孔位置→架设钻机→钻孔→钻孔完毕，退出钻杆、钻头→插入底板锚索至孔底→插入铝塑管→封堵孔口→注入联邦双液浆→弯折铝塑管→卸下注浆管→加装钢筋梯梁、拱形托盘→安装锁具涨拉锚索至预紧力→搞好现场文明生产。

通过2019年3月底至今几个月的观察，2205巷200~500 m区间，巷道高度基本未发生变化，底板也不再有底鼓的现象，效果良好。

2.2 针对正前顶板以及煤体酥软的区段

以晋圣松峪煤业2203巷为例（该巷为下层工作面的皮带进风巷，开口前50 m留煤顶掘进），2019年4月，在施工2203巷，出现顶板酥软不成形，顶煤坍塌难以留顶，开口处巷道顶煤冒落，高度达5.4 m，与巷道设计高度2.6 m严重不符，而且使用的120型掘进机最大切割高度为3.7 m，工作面难以组织生产支护，严重影响安全使用。

对此，单位组织对2203巷道煤体进行注浆加固，工作面高度在2.6 m以上的钻孔采用高压注浆配合强力锚索补强支护;工作面2.6 m以下范围内只采用高压注浆，采用高压注浆配合强力锚索补强支护加固方案，注浆孔与锚索孔合二为一注浆孔呈扇形布置，钻孔深度由现场实际情况定。锚固方式为联邦双液浆锚固，锚索规格φ21.8-1-7300/4300型锚索，锚索索体为高强度低松弛钢绞线，锚索外露锁具以外不大于250 mm，注浆1 d后预紧，锚索预紧力不小于150 kN。钻孔内插入锚索并插入铝塑管，铝塑管插入4 500 mm，外露不大于500 mm，用封孔胶塞、棉纱及联邦双液浆封口，并安装配套的拱形托盘及锁具。采用高压注浆加固方案，注浆孔呈扇形布置，钻孔深度2 000~4 000 mm，钻孔直径43 mm。插入铝塑管，插入2 500 mm，外露不大于500 mm，用封孔胶塞、棉纱及联邦双液浆封口。注浆保证压力时间必须确定为1 d，之后方可进行预紧（见图2）。

图2 注浆孔施工示意图

施工需要的主要设备、工器具、材料的规格：2QZB11/40型注浆泵1台、QB150型搅拌机（配套搅拌桶）2台、MQB-35J型手持式帮锚杆钻机2台、φ42mm的“一”字型合金钢钻头若干、铁锹5把、洋镐2把。注浆前按要求把注浆设备、阀门、高压注浆管路连接好，快速接头连接牢固。确认系统连接准确、安全可靠后，开始注浆。先从小到大的顺序缓慢打开注浆泵的供风阀门进行注浆，注浆过程中要注意压力表的变化情况，当压力表达到设计压力4 MPa时，先关闭注浆泵，再关闭注浆锚杆或封孔器连接管处的截止球阀，然后打开压力表下侧的卸压阀进行卸压，使残余在管路内的浆液回流到储液桶内，然后卸下U型销，取下注浆管路，将注浆管路再安装在下一根注浆锚杆上重复进行上述程序继续注浆。

晋圣松峪煤业采用以上方法施工了2203巷的前50 m以及2206巷的前50 m，使用该注浆加固方法后，巷道成型得到了有效的控制。经过几个月的观察与统计，巷道高度与宽度只有部分区段发生轻微变化，变化范围不超30 mm。在遇到顶帮条件特殊差难以控制成型的掘进工作面时，该方案切实可行。

3 通过支护参数控制巷道成型

1）在掘进23012巷时，巷道设计净高2 800 mm，净宽为4 000 mm；在掘进至770 m处，出现了巷道超宽达4 500 mm的情况，现场人员的汇报情况为“巷道超宽严重，右帮片帮不可控制，帮部支护困难”，经相关人员现场办公，发现该区段帮部煤质酥软，煤层节理裂隙发育、破碎，受到过地质运动挤压。

经过研讨，当时采取的措施为：缩小帮部锚杆间排拒，提前补打控帮锚杆。帮部排距由原先的1 200 mm缩小为800 mm，帮部间距由原先的1 100 mm缩小为900 mm，且在割煤前提前补打1根与工作面成45°角的锚杆，来稳固帮部酥软煤质，顶部支护参数不变，当时，该区段巷道成型得到了有效的控制，且在施工后的2年内未曾出现变化。

2）在掘进施工23014巷时，巷道设计净高2 800 mm，净宽为4 000 mm；在掘进至350 m处，出现了巷道超高达3 500 mm的情况，现场人员的汇报情况为“巷道严重超高，顶部出现漏顶、掉渣情况，顶板难以控制，而且支护非常困难”，对此，晋圣松峪煤业相关业务科室组织相关人员现场办公，发现该区段顶部坑洼不平，仍时不时有掉渣的情况，顶部岩性为碳质泥岩，厚度为0.8 m，普氏系数为1.8左右，当前支护不能有效控制巷道成型。

经过研讨，当时采取的措施为：缩小顶部锚杆、锚索间排拒，提前补打控顶锚杆。顶锚杆、锚索排距由1 200 mm缩小为800 mm，顶锚杆间距由1 000 mm缩小为700 mm，顶锚索由“每排布置1根锚索，呈迈步形式布置”变更为“每排布置2根锚索，锚索间距2 000 mm”，且在割煤前提前补打2根与顶板成45°角的锚杆，来稳固顶板碳质泥岩，当时，该区段巷道顶部成型得到了有效的控制，在5个月以后，该区段仅出现了顶板有网包的现象，不影响巷道成型以及安全使用，其余支护参数均未发生变化。

4 通过人为因素控制巷道成型

4.1 基层管理人员的素质

煤矿的基层队组管理人员一般有队长、书记、副队长（安全、生产、机电、通风、成本、运输等分管副队长）、技术员以及班组长，现场的管理主要靠跟班副队长控制，规程措施的编写贯彻由技术员完成，工程整体的运行由队长掌控，职工的思想建设由书记进行辅导，相辅相成，环环紧扣，不管哪个层面出了问题，都会直接影响我们的安全、生产以及标准化水平。

现场施工技术员和基层队组现场跟班干部的业务水平、管理技巧、培训能力、等方面在掘进作业过程中控制巷道成型所起的作用尤为重要。首先是规程措施的编制，第一要与现场实际相符，在编制规程措施前，需要与队长、分管生产队长、有经验的老工人以及现场验收员进行结合讨论，随后组织进行现场勘查，并作出报告总结；如果没有前期准备，会导致技术员所编制的规程措施设计不合理，对现场的指导性不强，例如切割轨迹不正确、炮眼布置不合理、支护技术参数不达标等问题；第二要学会变化管理，在掘进过程中如遇到陷落柱、褶曲、断层等构造时，要及时制定补充安全技术措施，合理调整炮眼角度、割煤顺序以及支护参数。

4.2 班组长所起的关键作用

在煤矿企业中，班组是最基层的组织，是煤矿企业实现战略和各项任务指标的最终落脚点起着关键的作用。班组长是领导与职工之间最直接的联结者，具有生产与管理者的双重特殊身份，在落实方针政策、完成各项指标中发挥着其独特的作用。尤其是现场的直接管理，在控制巷道成型方面起着决定性的作用。

白国周可以说是一个全国煤的典范，其班组管理从安全、从质量、从效益入手不断学习，不断进取，走出了自己的管理方法，简单来说就是“六个三”，三勤、三细、三到位、三不少、三必谈、三提高。让每个班组长都成为白国周是不太现实的，但可以从以下方面来完善：

首先要有良好的思想素质和责任心。班组长要通过自己的身体力行、以身作则来引导班组全部职工的前进方向，要做到敬业爱岗，工作上身先士卒，吃苦在前，享受在后，有困难站在前，又方便让在先，以身作则，严以律己，务必要树立好良好的班组长形象，来感召和带领班组全体成员。在班组管理过程中，要坚持原则、秉公办事，班组长作为一班之长，具有管理班组的各种权力，而要用好这个权力，就要为人正直、坚持原则，不能拿原则作交易；其次要有良好的沟通能力，而且要重视和班组成员之间的沟通和理解，形成合力，才能保证政令畅通、责任落实，使班组真正成为无坚不摧的堡垒；最后，要养成民主的好习惯，班组的战斗力、凝聚力来自班组成员的气顺心齐和团结一致，在遇到问题的时候，千万不能搞一言堂，要充分吸取大伙的意见来决定。只有能够做到以上几点，才能将班组员工的积极性调动起来。而在控制巷道成型上，班组长只需树立一个目标和方向，大家都会朝着这个目标和方向努力，从而做到了事半功倍的效果。

5 结束语

本文从4个方面浅析了对于控制巷道成型的对策。轮廓射线仪的使用投资小、回报大，给掘进机司机师傅加了一支“望远镜”，如虎添翼；注浆工艺已逐渐成熟，在煤矿生产过程中，尤其是遇到地质条件差的区域，要优先考虑注浆，但注浆也存在施工周期长的问题；支护参数的合理设计，也会使控制巷道成型变成一件事半功倍的事情；此外人的因素永远是第一位的，如何充分调动员工积极性以及培养优秀班组长也是一项很重要的工作，总之在实际生产中，只有根据实际情况，学会综合应用这些控制巷道成型的措施，才能有效控制巷道成型。