矿井单巷快速掘进技术研究

张耀辉

（晋能控股煤业集团新大地公司，山西 和顺 032700）

近些年来，我国矿井井下机电设备发展从综合机械化、自动化逐渐向智能发方向发展，在陕西、内蒙古以及山西等煤层赋存条件较好的一些矿井已率先实现采掘作业智能化控制，显著提升了井下采掘作业效率[1-3]。对于一些生产条件相对好的矿井，采用连采机或者锚掘一体机等设备进行巷道掘进可显著提升巷道掘进进尺，但是不同矿区、不同矿井回采煤层赋存条件存在较大变化，连采机或者锚掘一体机等设备在巷道掘进中应用并不广泛。现阶段，巷道最为常用的掘进方式仍以综掘为主，综掘巷道掘进过程中制约巷道掘进效率的主要因素为掘进、支护无法同步开展，巷道支护占据整个掘进耗时60%以上[4-7]。以山西某矿3506 运输巷掘掘进为例，采用综掘掘进时每个循环进尺2 m，其中截割、临时支护耗时分别为55 min、15 min，巷道支护（锚杆、锚索）耗时为90 min，支护耗时（巷道支护+临时支护）几乎达到截割耗时的2 倍以上。因此，若能提高综掘巷道支护效率、降低支护耗时势必会显著提升巷道掘进效率。

为此，本文以山西某矿3508 运输巷掘进为工程实例，对矿井单巷快速掘进技术展开研究，以期为其他巷道快速掘进提供经验借鉴。

1 工程概况

山西某矿3508 开采5 号煤层，煤层厚度介于0.94～8.31 m，平均厚度煤4.57 m、倾角5°～9°，煤层结构较为简单，为全区可采煤层。5 号煤层较为坚硬，硬度介于2～3 间。5 号煤层基本顶为平均厚度12.49 m 的中粗砂岩，岩层硬度、抗压强度分别为5.9、50.69 MPa，为中硬岩层；直接顶为平均厚度3.11 m 细砂岩，岩层硬度、抗压强度分别为6～9、47.6 MPa，为中硬岩层；直接底为厚度1.09 m 泥岩，岩层硬度、抗压强度分别为2～3、9.2～13.9 MPa，为松软岩层；基本底为平均厚度3.12 m 细粒砂岩，岩层硬度、抗压强度分别为7～9、50.6 MPa，为中硬岩层。

3508 工作面采用传统的U 型通风方式，一进一回，其中运输巷设计断面为矩形，掘进高度、宽度分别为5.5 m、3.8 m，采用综合机械化掘进方式，掘进长度为2 069 m，巷道整体位于一单斜构造背侧。

2 矿井单巷快速掘进技术

2.1 快速掘进设备配备

在3508 运输巷掘进时使用滑移支架（型号ZLH2×1040/30/44）进行支护，该滑移支架额定工作阻力为28 MPa（2×1 040 kN）、初撑力为20 MPa（2×760 kN）支撑宽度为5.3 m、高度介于3.0～4.4 m，支架支护长度为10.0 m、移架步距为1.0 m。在巷道掘进迎头布置2 组滑移支架进行支护（支护长度共计20 m），且2 组滑移支架间搭接距离为2.5 m。

掘进机在滑移支架保护下掘进，随着综掘机不断推进，滑移支架按照迈步式组合方式前移。通过滑移支架不断前移可实现回采巷道综掘机、运输机等均处于支架保护下。在3508 运输巷内配备型号CMM5-30Y 液压锚杆钻车，该钻场可实现宽、高分别为5.9 m、3.74 m 巷道支护，并可骑垮高度1.0 m 以内、宽度2.1 m 以内的带式输送机。将运输巷锚杆、锚索永久支护置于支架尾部施工，可实现运输巷机械化、连续化掘进以及支护。

2.2 掘进及支护工艺

1）巷道掘进采用型号EBZ-260 综掘机破岩，循环进尺为2.0 m，且可自动清理浮煤，将前探梁向上旋转贴紧回采巷道顶板岩面可实现掘进迎头临时支护。

2）确保主架中第2、第4 道横梁铰接纵梁紧密接顶，回收副架4 根立柱后以主架第2 横梁为支撑通过千斤顶实现副架前移1.0 m，前移到位后及时伸出副架立柱并铰接纵梁支护顶板。主架以及副架前移过程一致，支架移动到位后技术伸出立柱对顶板进行支护。

3）在综掘机破煤岩过程中，使用CMM5-30Y 液压锚杆钻车由支架尾部向掘进迎头方向依次施工永久支护。当运输巷顶板岩层条件较差时，先由人工对支架支撑位置施工锚杆进行支护，后续未完成锚杆、锚索则由液压锚杆钻车进行施工。

2.3 支护参数设计

3508 运输巷沿着5 号煤层顶板掘进，巷道埋深平均为360 m。采用锚网索支护方式，具体支护参数见图1 所示。

图1 巷道支护参数（mm）

巷道顶板采用7 根锚杆（Φ22 mm×2 600 mm）按照0.85 m×1.0 m 间排距布置，顶锚杆预紧力控制在300 N·m 以上；布置3 根锚索（Φ21.6 mm×5 500 mm）按照2.55 m×2.0 m 间排距布置，两排锚索呈三花眼型，顶锚索预紧力控制在200 kN 以上。巷道煤柱帮、采面帮分别采用螺纹钢锚杆、玻璃钢锚杆支护，锚杆规格均为Φ20 mm×2 100 mm，间排距均为1.0 m×2.0 m，巷帮锚杆预紧力控制在70 N·m 以上；在巷帮距离底板2.0 m 处均布置一根Φ21.6 mm×3 500 mm 锚索并按照2.0 m 间距布置。具体运输巷围岩支护设计见图1 所示。

3 单巷快速进效果分析

在3508 运输巷采用单巷快速掘进技术后，巷道月掘进进尺平均达到405 m，其中在4 月以及5 月，月掘进进尺分别可达到456 m、473 m，单日最高掘进进尺可达到25 m。同时随着掘进作业人员对掘进工序、设备等熟练程度增加，预计后续掘进进尺仍会有一定程度提升。

通过采用单巷快速掘进技术，运输巷破煤、围岩支护等工作实现同步开展，巷道掘进、支护等工作均在ZLH2×1040/30/44 滑移支架掩护下开展，安全系数较高。

4 结论

巷道快速掘进对提升矿井生产效率、缓解矿井采掘接替紧张局面具有重要意义。山西某矿采用综掘方式掘进巷道，受到掘进、支护无法平行开展影响，导致巷道掘进效率较低。为此，提出使用将ZLH2×1040/30/44 滑移支架、CMM5-30Y 液压锚杆钻车应用到巷道围岩支护中，综掘机掘进以及CMM5-30Y液压锚杆钻车支护围岩等均在滑移支架保护中，从而实现综掘机破岩、围岩支护的同步开展。

现场工程应用后，3508 运输巷月掘进进尺平均可达到405 m，同时随着掘进作业人员操作熟练度的不断增加预计后续巷道掘进进尺仍有一定提升空间。传统的综掘方式下，巷道掘进进尺一般在300 m以内，巷道快速掘进技术可提升掘进进尺25%以上，取得较好的应用成果。