大倾角综掘巷道快速掘进及支护优化研究

刘雁明

（晋能控股煤业集团地煤公司精通兴旺煤业， 山西 大同 037000）

引言

对晋能控股煤业集团某煤矿进行调查发现，该煤矿掘进巷道的坡度值平均为22°左右，一般情况下，矿井采用炮掘的形式来进行作业，针对3 号煤层胶带巷作业时，更改为机掘的方式来进行。采用优化施工工艺措施，整个作业时长18 d，实现200 m 的大坡段掘进，且作业时长大幅降低，达到高效且安全的目的。

1 晋能控股煤业集团某矿概况

晋能控股煤业集团某矿主要针对3 号煤层的开采，3 号煤层顶底板质地为泥岩或砂质泥岩，煤层的厚度约为5.59 m。通过对胶带大巷进行作业时，当达到+416 m 时，出现正断层。对胶带大巷的相关参数进行调查可知，该巷宽度和高度分别为4 200 mm 和2 800 mm，断面面积 14.6 m2。

2 施工步骤及相应措施

2.1 前期准备

面对胶带大巷的顺槽处进行挑顶，设定的长、宽、深分别为5 000 mm、4 000 mm、1 400 mm，并且应该满足高度在5 200 mm 以上。在相同情况下，需要在挑顶下设立工作盘，工作盘是由圆木柱构成，采用的圆木柱直径和长度分别为300 mm 和6 000 mm，设立的工作盘高为2 200 mm，并且需要在工作盘上开设漏煤口，增设一个金属网，位于巷帮和工作盘之间，如图1所示。对工作盘的建设工作结束后，需要底板处进行绞车酮室的布置，距离底板2 500 mm 处的位置，绞车酮室内需要在增加耙岩机，其主要的作用就是方便出煤，且需要在工作盘上能够承受3 mm 厚钢板[1]。

图1 掘进施工剖面图（单位：mm）

2.2 机掘工艺

掘进机选用的型号为EBZ200H，并结合带式输送机和转载机完成出矸任务，每次掘进6 m 需要对带式输送机机尾的位置进行改变。

掘进设备采用先中间后四周、自上而下的工作形式进行。使得截割头在工作面下方开始进刀，当到达迎头岩壁时，应该将截割电机进行启动，在每次进刀一个滚筒直径的长度时，需要对手柄进行油缸控制一次，确保截割头能够正常作业到另一侧，且向下进行一个滚筒直径的长度，结束掏槽切割任务。切割过程中，每次的进刀深度和每班进尺分别为0.7 m 和2.4 m。若岩石没有破碎，需要将进尺提升至3.5 m。架设在进行作业时遇到岩石的硬度高于8 时，需要使用放震动炮的方式提前进行对岩石预裂处理，再开始机掘。在放震动炮的过程中，需要提前保证掘进设备远离工作面15 m 的距离处进行，且应该采用旧胶带和道木防护，之后需要开始清煤和整形的流程，以上流程反复进行，等到能够全部割完煤后，掘进设备应该关机并退出[2]。

2.3 巷道支护

在掘进任务之后，应该在短时间内实行巷道支护操作，喷浆离工作面的距离不高于40 m 左右。

采用气腿式风钻和风动锚杆机进行作业，在顶部锚索和锚杆打孔，掘进时需要严格考虑对巷道高度参数的调整，不能出现过高或者是过低的现象，如图2所示为具体的施工工艺。

图2 机掘施工工艺（单位：mm）

对巷道调查发现，其断面宽度为4 200 mm，每排设计4 根钢锚杆，且每根杆之间的排间距为700 mm、900 mm，通过螺帽和垫片进行拧紧。在进行打眼操作时，需要提前采用1.2 m 短钻杆和2.4 m 长钻杆依次进行，两帮锚杆和顶部锚杆孔深分别为1 900 mm 和2 300 mm。锚固过程中，对每个锚杆孔采用树脂药卷，且应该保证预紧力大于100 N·m，两帮锚杆和顶部锚杆的锚固力分别为60 kN 和70 kN 以上。

2.4 辅助运输

在掘进作业过程中，一般是由耙矸机产生矸石，在通过带式运输机运输至排矸口。采用带式运输机的优势在于运输过程效率高，不会出现阻碍排矸的现象，所以，在进行排矸作业时主要影响因素是在排矸口排矸不彻底。在进行原炮掘作业时，因为过程中掘进进尺量小，排矸工作可以在矸石转运系统下进行，然而，当更改综掘的方式进行作业时，矸石的产量明显上升，据统计为之前的50%，之前所使用的矸石转运系统已经不能够满足要求。面对这一现象，确保在矸石运输过程中能够减小对巷道作业的影响，需要在排矸口构建梭车和临时矸石仓，其主要目的是能够将无法储存的矸石进行储存，以便于大大提高转运的效率，减少矸石转运对掘进作业产生重大的影响。

对排矸系统进行布置，并且要设立独立的矸石仓，其目的就是能够实现排矸作业的连续进行，排矸仓用于将矸石进行缓存，从而能够为排矸作业提供一个良好的环境，减小煤矸混运，增加煤质。

2.5 施工组织优化

根据现在的情况，大部分巷道掘进作业使用的是“三八制”方案，当巷道结束作业后需要在短时间内打设锚杆、锚索，这样做的优势在于能够将支护占用充足的时间，原施工组织流程图如图3 所示。

图3 原施工组织安排流程示意图

确保能够在掘进中实现高效作业，需要对掘进作业的每一个流程进行控制，尽可能达到平行工作的目的。巷道大多是以岩石巷道的形式出现，围岩一般情况下都是赋存比较稳定，且具有很好的承载性，此外，在进行综掘作业时，对围岩产生的影响较小，所以应该在离作业面一定长度后再进行巷道支护。具体优化措施为：综掘机完成破岩作业后对巷道拱顶及时铺完并布设锚杆进行支护，金属网和巷帮支护锚杆建设应该距离作业面8 m 左右进行，确保支护锚索和锚杆能够在同时间进行。在这种情况下，巷帮锚索、巷道掘进满足了能够在同一时间进行作业的要求，一定程度上避免了支护作业对掘进的负面效果[3]。

2.6 钻场施工优化

为了能够有效解决煤层存在的瓦斯以及实现对作业面及时的排水工作，应该选择在巷道内进行构建钻场，钻场以60 m 的间隔形成，钻场的宽和深分别为8 m 和10 m，通过矩形断面方式。因为传统钻场大多数是以炮掘的方式，在作业的过程中需要将周边的工作人员撤出，因此导致了作业效率低。针对该问题进行分析研究，最终采用综掘机斜切的措施来进行，结果显示能够有效地代替传统的炮掘施工，图4 为钻场掘进施工示意图。该措施使巷道掘进和钻场掘进可以实现在同一时间段进行。

图4 钻场掘进施工示意图（单位：mm）

3 应用效果

在进行掘进作业时，采用优化后的支护方案进行分析能够避免掘进机在作业过程中出现不稳定的现象。对巷道安装顶板离层仪，其作用是能够监测对不同时刻顶板离层的状态，如图5 所示为监测后的结果。

图5 顶板离层量

4 结语

由于大倾角综掘作业效率低，通过对煤矿的周围地质进行勘探和分析后，优化和修改作业工艺和支护措施，避免掘进机在作业过程中出现不稳定的现象。在离工作面200 m 左右处，可以发现顶板深部离层量在7 mm 左右波动，浅部的离层量在3 mm 左右波动，掘进速度平均为16 m/d。

（编辑：王慧芳）