厚煤層大斷面巷道快速掘進應用

柳小軍

（汾西礦業(yè)兩渡煤業(yè)，山西晉中 031302）

0 引言

巷道掘進速率影響礦井整體的高效建設和可持續(xù)生產(chǎn)，但在厚煤層大采高工作面，受大斷面、掘進工藝及支護措施的影響，往往造成礦井采掘關系緊張[1-4]。為了提高厚煤層大斷面巷道掘進速率，不僅要對巷道掘進工藝進行優(yōu)化，還應采用合理的支護措施，提高巷道的穩(wěn)定性[5-6]。本文以6107運輸巷為研究對象，通過分析影響快速掘進的因素，采用安全高效的掘進施工工藝及確定經(jīng)濟合理的支護參數(shù)，來保證巷道的安全快速掘進。

1 工作面概況

6107運輸巷位于6706軌道巷以北，六采運輸下山以西。巷道位于+660 m水平，地面標高+1 275.8～+1 285.2 m，工作面標高+613.7～+638.6 m。巷道沿著7煤層掘進，煤層平均厚度5.94 m，平均傾角3°。直接頂為3.0 m厚泥巖，基本頂為約3.5 m厚細粒砂巖；直接底為1.2 m厚粉砂巖，基本底為約4.8 m厚細粒砂巖。巷道斷面特征如表1所示。

表1 6107巷斷面特征

2 影響快速掘進因素

（1）6107運輸巷掘進后由于錨網(wǎng)索支護施工量大，造成掘進與支護不協(xié)調(diào)，影響巷道的掘進速率。為了提高巷道掘進效率，在保證安全生產(chǎn)的前提下，南膠帶巷頂板錨索可以滯后于掘進機后方，實現(xiàn)平行作業(yè)，從而在一定程度上提升巷道支護速率。巷道掘進過程中，支護區(qū)域附近無斷層等地質構造，頂板條件好，可以適當增加錨桿、錨索間距，或在保證支護強度的條件下，減少使用樹脂錨固劑使用，從而減少其在支護中的凝固速度。

（2）由于制度管理等問題，在實際工作過程中，掘進區(qū)隊各班組之間出現(xiàn)搭配不合理等現(xiàn)象，造成南膠帶巷在掘進過程中浪費了大量時間。區(qū)隊應當制定完善的管理制度及崗位職責，以便在實際生產(chǎn)過程中，各班組、工種之間能夠實現(xiàn)快速銜接、轉換和平行交叉作業(yè)。

（3）6107運輸巷屬于大斷面巷道，應采用合理的掘進施工工藝，若按一般巷道施工，不利于巷道成型，并且對巷道的支護也造成困難。當巷道頂板破碎時，應當縮短循環(huán)進尺，并優(yōu)化掘進施工工藝，提高支護強度，避免出現(xiàn)冒頂、片幫等事故影響巷道掘進進度。

3 快速掘進施工工藝

3.1 施工工藝

由于6107運輸巷斷面大，綜掘機無法一次掘進成巷，因此采取短掘短支的掘進支護工藝，分層進行掘進支護。首先施工巷道上部，根據(jù)中腰線畫出上部巷道輪廓線，然后進行截割掘進，上部斷面高度控制在2.8 m，掘進后在臨時支護保護下及時進行錨網(wǎng)索噴支護。上層施工完畢后，根據(jù)中腰線畫出下部巷道輪廓線，然后進行截割掘進，掘進后在臨時支護保護下及時進行錨網(wǎng)索噴支護。

南膠帶巷掘進選用EBZ200型懸臂式綜掘機，其具有截尺排列密集、單軸抗壓強度高等優(yōu)點。根據(jù)巷道掘進時圍巖的完整性，在頂板完整、頂板破碎和易片幫區(qū)域圍巖分別采用不同的掘進施工工藝，如圖1所示。

圖1 6107運輸巷掘進施工工藝

由于6107運輸巷屬于半煤巖巷道，應在煤巖結合處的煤層選擇進刀，先截割煤，后截割巖石，即按先軟后硬的程序進行。每向前割1 m，進行錨桿、網(wǎng)片永久支護，空頂距足以支護一排錨桿時支護一排錨桿，足以支護一排錨索時支護一排錨索，待支護完成后，方可再向前截割。

3.2 多工序交叉平行作業(yè)

6107運輸巷在掘進過程中，采用平行交叉作業(yè)，可以提高施工效率，減少施工成本。當巷道在支護過程中，可以同時進行設備檢查、維修等輔助工作，如圖2所示。

圖2 多工序平行施示意圖

4 巷道支護技術

厚煤層大斷面巷道掘進后，頂板兩側水平和垂直應力集系數(shù)增大，在該區(qū)域易形成應力集中區(qū)，導致巷道頂板兩側圍巖強度降低，出現(xiàn)變形破壞。隨著巷道頂板兩側應力增大，兩幫受其影響同樣會發(fā)生變形破壞。若不及時進行支護，當巷道掘進揭露斷層、陷落柱等地質構造時，受各種因素影響可能導致安全事故，影響礦井的安全生產(chǎn)。

4.1 錨網(wǎng)索支護

6107運輸巷采用錨網(wǎng)索支護，提高巷道圍巖承載能力。根據(jù)巷道圍巖的性質及完整性，分別確定了6107運輸巷錨桿、錨網(wǎng)、錨索支護的參數(shù)，如表2所示。

表2 錨桿、錨索支護參數(shù)

金屬網(wǎng)全斷面掛網(wǎng)，網(wǎng)間搭接100 mm，用14#鐵絲聯(lián)網(wǎng)，間距為每隔一孔聯(lián)一扣。一般區(qū)域頂板和兩幫每排分別打6根錨桿，每3排打8根錨索。當巷道掘進至頂板破碎區(qū)域時，需要增加錨索數(shù)量，增加錨桿支護所形成承載結構的穩(wěn)定性，每排布置2根錨索，頂板每排打5根錨桿，兩幫每排打3根錨桿。

4.2 注漿加固

6107運輸巷采用錨網(wǎng)索支護后，為進一步提高支護強度和保證巷道圍巖的完整性，需要對巷道圍巖進行注漿加固。

選用QB152型便攜式注漿泵，注漿液高水材料。注漿開始后緩慢增加壓力，正常注漿壓力為0.5～1.0 MPa，終壓為2.0 MPa。當巷道圍巖相對位移為28 mm時，可知圍巖1.4 m范圍內(nèi)已產(chǎn)生松動裂隙，此時為注漿最佳時機，漿液有效擴散范圍將達到2.2 m左右。6107運輸巷注漿參數(shù)如表3所示。

表3 6107運輸巷圍巖注漿參數(shù)

5 注漿效果檢驗

6107運輸巷采用錨網(wǎng)索支護和注漿加固后，需要對支護效果進行檢驗。通過在巷道設置監(jiān)測點，監(jiān)測巷道圍巖變形量，監(jiān)測結果如圖3所示。由圖可知，6107運輸巷采用錨網(wǎng)索支護和注漿加固后，在觀測的4個月時間內(nèi)，巷道頂板和兩幫圍巖變形量總計分別為28 mm、35 mm。由此可知，錨網(wǎng)索支護和注漿加固可以有效減小巷道圍巖變形量，提高巷道整體穩(wěn)定性，為巷道的安全掘進提供良好的條件。

圖3 6107運輸巷圍巖變形量

6 結束語

（1）以6107運輸巷為研究對象，分析了影響巷道快速掘進的因素主要有掘進支護不協(xié)調(diào)、制度管理不完善、巷道斷面大等。采用綜掘機在巷道煤巖結合處的煤層選擇進刀，先截割煤，后截割巖石。根據(jù)巷道圍巖完整性不同，設計了3種施工工藝。

（2）采用錨網(wǎng)索支護和注漿加固來提高巷道圍巖強度，并設計了支護參數(shù)，通過監(jiān)測巷道圍巖變形量來檢驗支護效果。根據(jù)監(jiān)測結果可知，在觀測的4個月時間內(nèi)，巷道頂板和兩幫圍巖變形量總計分別為28 mm、35 mm。由此可知，支護取得了良好效果，有效減小了巷道圍巖變形量。