复杂地质条件下煤巷快速掘进技术研究

张卫国

（山西汾西瑞泰正中煤业有限公司，山西 灵石 031300）

引言

随着综采装备自动化程度、技术技术水平等不断提升，综采工作面推进速度不断增加，矿井采掘接替紧张局面进一步凸显[1-2]。实现巷道快速掘进对提高矿井经济效益以及煤炭开采效率等有重要意义[3]。巷道快速掘进是基于掘进、围岩支护、运输等工序的优化配置实现。山西某矿北翼5 采区回采巷道掘进期间面临巷道断面大、复合顶板或者伪顶、巷道埋深大等因素制约，巷道掘进地质条件较为复杂，从而在一定程度上制约巷道掘进效率[4]。

1 11501 工程概况

11501 工作面为北翼5 采区首个回采工作面，采面回采的5 号煤层厚度介于1.4～7.6 m，平均厚度3.0 m，倾角5°，埋深580 m。11 号煤层上覆有厚度0.3～0.6 m 炭质泥岩伪顶，直接顶为厚度3.3 m 砂质泥岩、节理发育，基本顶为厚度7.6 m 中粒砂岩；直接底为厚度0.7～1.9 m 炭质泥岩，基本底为厚度18.5 m粉砂岩。

11501 运输巷沿着11 号煤层底板掘进，设计长度2690m，巷道断面为矩形（净高、净宽分别为4.75m、3.0 m），采用锚杆（规格22 mm×2 200 m）、锚索（规格18 mm×6 300 m）、金属网组合支护，具体巷道位置见图1 所示。巷道采用综掘方式，巷道现阶段掘进速度平均为240 m/月，按照此掘进速度预计矿井将面临2 个月无面可采困局，为此对巷道掘进技术进行针对性优化。

图1 巷道位置关系

2 巷道掘进、运输及支护优化

2.1 强化超前地质勘探

在11501 运输巷掘进前，即采用产前钻探以及物探等组合方式对掘进前方地质条件进行探测，以便提高地质灾害应对能力。在巷道掘进过程中可充分利用综掘设备检修时间对掘进面前方煤岩体赋存情况进行探测，实现掘进、地质勘探动态平行，提高巷道掘进效率。

2.2 掘进工艺优化

2.2.1 合理确定综掘设备

在11501 运输巷开始掘进前，即根据巷道掘进断面、掘进区域地质条件、掘进进尺以及矿井现阶段综掘设备配备情况，合理选择综掘机型号。在掘进巷道内带式输送机一般滞后掘进迎头一定距离，在此区间可通过刮板输送机、转载机完成煤矸转运工作。根据11501 运输巷现场实际条件，巷道掘进拟采用MGH720 综掘机，该综掘机不仅可实现高效煤煤、提高掘进效率而且可截割坚硬岩层，具由自动化程度高、便于操作等优点，具体11501 运输巷内布置的综掘作业线见下页图2 所示。

图2 11501 运输巷综掘作业线

2.2.2 依据现场地质条件对综掘机进行改进

根据已有超前探测资料预测11501 运输巷在掘进过程中会遇到煤层变薄段，煤层最小厚度仅为1.6 m，掘进机在此范围内需要截割顶板岩层掘进。综掘机在破岩期间存在截割头、截割齿及其他设备磨损、故障率高等问题，同时破岩效率不高，掘进速度慢。为此，在巷道掘进至煤层变薄区域时，可在综掘机截割头上提前焊接高强度钢板，以便降低截割齿磨耗、综掘设备故障率，提高综掘机开机率以及掘进效率。

2.3 运输系统优化

实现机械化、连续化运输对提高巷道掘进效率具有显著的促进意义。传统巷道掘进运输采用矿车运输方式，存在需频繁铺轨、倒车等问题，同时运输效率不高、需要大量辅助运输人员。为此，对运输系统进行优化，具体采用可伸缩带式输送机、落地刮板输送机以及转载机相结合方式对煤炭进行运输，通过带式输送机搭接将煤炭运输至地面，提高原煤运输效率。

2.4 巷道围岩支护工艺以及支护参数优化

确保巷道围岩稳定并提高支护效率对提高巷道掘进效率具有显著促进意义，特别是在复杂地质条件下实现巷道高效、安全支护可为掘进赢得时间，提高掘进进尺。采用先进、可靠的支护设备可提高围岩支护效率，根据11501 运输巷现场实际条件，提出采用机载锚杆钻机提高支护效率，具体采用的锚杆钻机结构见图3。通过在综掘机上使用机载锚杆钻机可实现破煤、围岩支护同步开展，降低支护给掘进影响。

图3 机载锚杆钻机结构示意图

在满足巷道围岩控制基础上，对支护参数进行优化，可适当降低支护工作量。依据11501 运输巷围岩条件，对锚杆布置进行优化，具体为：运输巷围岩支护采用锚杆索耦合方式，根据围岩条件对支护密度进行调整，当围岩条件较好时可适当降低锚杆索支护密度，通过增加锚杆间距并滞后施工锚索提高围岩支护效率，达到提升掘进效率目的；更换锚杆锚固剂，具体由2 支Z2835 锚固剂改为1 支Z2850，锚固剂锚固时间由1 min 缩短至20～30 s，进一步提高支护效率；巷道围岩支护时巷帮两侧锚杆可滞后顶板锚杆一排位置施工，锚索施工可滞后掘进迎头15 m，从而减少围岩支护给巷道掘进影响。

3 结语

1）掘进巷道围岩地质条件复杂时面临围岩控制困难、掘进影响因素多及掘机效率低等问题，根据掘进巷道现场条件对掘进过程中破煤、支护、运输等环节进行针对性优化可达到提升掘进效率目的。

2）依据11501 运输巷现场实际情况，采用MGH720 综掘机破煤岩、采用机载锚杆钻机增加支护效率、采用可伸缩带式输送机+刮板输送机提高煤矸运输效率。现场应用后，11501 运输巷掘进进尺平均为380 m/月，实现了快速掘进并为采面早日投产争取了时间。