四老沟煤矿1021 工作面巷道快速掘进工艺研究

任 俊

（晋能控股煤业集团安全生产指挥中心，山西 大同 037001）

1 概况

四老沟煤矿主采盘区1021 工作面煤层上覆临近煤层采空区，经探测采空区有积水，煤层稳定性低，煤层伪顶为0.7 m 的粉砂岩，直接顶为厚度6.2 m 的细砂岩。1021 工作面的运输顺槽经过8 号煤层，8 号煤层顶板存在砂质泥岩层，在水作用下容易膨胀、软化，稳定性降低，巷道掘进存在很大难度。基于以上原因进行工作面巷道快速掘进截割、支护等工艺以及工序研究[1-6]，保证掘进安全的前提下，提升掘进效率。

2 快速掘进工艺

（1）综掘机截割工艺

1021 工作面运输顺槽掘进采用EBZ300 型综掘机，掘进期间遇到岩质较为稳定、地质条件较好的掘进段，采用中心进刀、四周刷帮的快速掘进截割方式[7-10]，截割路径示意图如图1（左）；掘进遇到巷道顶部围岩稳定性下降、有破碎冒顶风险情况下，采用多段截割掘进的方式，即将掘进工作面分为左右两个部分，首先截割横截面的三分之一部分，然后掘进剩余部分，可以有效降低掘进空顶时间，对掘进巷道顶部岩层具有很好的保护作用，降低冒顶事故风险，截割路径示意图如图1（右）。

图1 不同岩层结构特点下的掘进截割路径示意图

（2）掘进支护工艺

常规的锚网巷道掘进支护工艺多采用戴帽点柱临时支护，架棚支护巷道一般采用前探梁临时支护工艺，但这两种常规支护工艺复杂、施工繁复，支护效果虽能得到保证，但在支护施工中存在顶部空顶时间长和两帮暴露时间长的问题，无法适应1021工作面巷道岩层特点。结合对截割工艺和路径的分析，以降低支护施工用时以及保证支护效果为前提，采用配置机载液压前探梁的掘进支护工艺。前探梁布置如图2。

图2 机载液压前探梁布置示意图（mm）

通过采用机载液压前探梁支护，在1021 工作面巷道掘进过程中有效降低了空顶时间，而且支护强度增加，对锚网形成向上的托举力，使得施工作业复杂性减低。机载设备采用铰接轴联结，液压设备依靠两位三通阀实现控制，保证了掘进系统和支护系统的独立控制。通过对比发现，采用机载液压前探梁支护比传统的临时支护工艺节约时间成本约20%。

（3）掘进工序

掘进工序中，巷道支护工作需要占据一半左右的时间，通过调整辅助工序与支护工序的作业方式和顺序，提升掘进效率。1021 工作面巷道采用多工序平行作业掘进工序。首先，对容易失稳的巷道进行锚杆安装，其他锚杆则根据掘进段的地质特点在距离迎头20 m 左右的范围内待掘进机掘进通过后滞后安装。该工序调整，使得掘进工序和支护工序可以相对平行开展。另外，在滞后锚杆安装时间内，可以进行电机检修、设备维护等工作。平行工序作业图如图3。

图3 快速掘进平行作业工序

3 应用效果

为了检验掘进截割、支护以及平行作业工序等快速掘进工艺效果，对1021 工作面运输顺槽的顶底板移近量和两帮移近量进行监测和统计，计算顶底板和两帮在掘进支护后的移近速度，如图4。

图4 掘进支护后顶底板和两帮移近速度图

从图4 可以看出，在掘进支护后，巷道顶底板和两帮的变形速度由大逐渐减小，变形阶段大致可以分为三部分：3 d 内的变形量较大，为急速变形阶段；3～6 d 内巷道变形量逐渐减小，变形幅度变化程度不大，为平稳变形阶段；7 d 之后巷道形变量非常小，为稳定阶段。相较而言，两帮的移近速度会大于顶底板的，说明巷道受力变形影响最大的是水平应力，但最大移近速度没有超过14 mm/d，总体变形量都没有超过40 mm，表明该快速掘进工艺的可操作性和支护效果可以满足1021 工作面巷道岩层特点。

4 结论

通过对1021 工作面的运输顺槽岩层特点研究，进行快速掘进工艺优化，结论如下：

（1）针对不同掘进段的岩层特点，分别采用中心进刀四周刷帮和多段截割掘进两种截割路径，保证不同条件下掘进巷道稳定性和掘进速度。

（2）配置机载液压前探梁支护工艺，有效降低了空顶时间，支护效果稳定，支护难度降低，掘进单位循环进尺量增加，掘进速度明显加快。另外掘进系统和支护系统的独立控制，极大地增加了掘进机械化程度以及支护强度，节约时间约20%。

（3）对容易失稳巷道进行顶板锚杆安装，帮部锚杆在距离迎头20 m 左右范围内待掘进机掘进通过后滞后安装的方式，大幅度降低整体掘进周期。

（4）通过对1021 工作面运输顺槽的移近量进行测量和实时记录，7 d 后巷道基本稳定，且最大移动量不超过40 mm，证明了快速掘进工艺的可实施性。