侯斌元

（山西潞安礦業(yè)集團(tuán)慈林山煤業(yè)有限公司夏店煤礦， 山西　長治　046203）

引言

煤礦屬于不可再生資源，隨著我國能源消耗量的增加，煤礦的開采也都進(jìn)入了深部開采階段。在煤礦的深部巷道掘進(jìn)過程當(dāng)中，巷道周邊的圍巖應(yīng)力復(fù)雜多變，對于掘進(jìn)當(dāng)中的支護(hù)參數(shù)的計算也非常復(fù)雜，影響因素也非常多，使巷道內(nèi)的支護(hù)情況變得非常緊張，因此支護(hù)方案也應(yīng)該隨時進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。本論文主要是以夏店煤礦工程實例為研究對象，對其快速掘進(jìn)當(dāng)中巷道的支護(hù)方案有所欠缺的地方進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)優(yōu)化，通過改變相應(yīng)的支護(hù)參數(shù)來優(yōu)化其支護(hù)方案，并通過變革相應(yīng)的施工制度來提高巷道掘進(jìn)速度。優(yōu)化方案在夏店煤礦快速掘進(jìn)當(dāng)中巷道中實施后效果明顯，已成為了提高夏店煤礦經(jīng)濟(jì)效益的主要措施。

1　夏店煤礦工程簡介

夏店煤礦屬于山西潞安礦業(yè)集團(tuán)慈林山煤業(yè)有限公司，當(dāng)前的深部巷道掘進(jìn)主要是在5號煤層。在夏店煤礦-600 m以下的深部巷道當(dāng)中，其中主要的巷道掘進(jìn)軌道是在-600 m與-460 m大巷當(dāng)中，整個巷道的掘進(jìn)長度為450 m，巷道的掘進(jìn)角度為傾角12°。距離5號煤層大約25～45 m的位置是屬于船層巷道，在該巷道地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的情況比較突出，其地質(zhì)巖層主要是泥巖與砂巖，地質(zhì)情況比較軟弱。在進(jìn)入深部巷道掘進(jìn)的過程當(dāng)中，深度加大會導(dǎo)致巷道周邊的圍巖應(yīng)力也急劇的增加。對于夏店煤礦巷道的破巖方式都是采用的鉆爆法，主要的做法是選用YT-23鑿巖機(jī)鉆孔（其最大的鉆孔深度5 m），然后巷道支護(hù)技術(shù)主要是采用錨噴法，整個巷道的快速掘進(jìn)煤礦斷面為8.5 m2。在以往的開采方案當(dāng)中，主要是采用的兩掘一噴的作用方式，設(shè)計當(dāng)中的月進(jìn)尺為85.2 m[1]。

2　夏店煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)優(yōu)化方案分析

2.1　原支護(hù)方案分析

錨桿支護(hù)技術(shù)是當(dāng)前我國煤礦深部掘進(jìn)技術(shù)中較簡單、完善、應(yīng)用較廣的技術(shù)。夏店煤礦原支護(hù)技術(shù)當(dāng)中也是采用的錨桿支護(hù)技術(shù)，左旋螺紋鋼錨桿的參數(shù)主要為長度2 000 mm、直徑18 mm，錨桿間排距為800 mm，固定托盤為尺寸150 mm×150 mm的正方形鋼板，錨固劑為MSK2350型數(shù)值錨固劑。金屬網(wǎng)選用尺寸1 200 mm×2 000 mm，網(wǎng)格40 mm。梯子梁選用直徑12 mm的鋼筋焊接而成，長度3 000 mm，噴吐70 mm厚的混凝土。詳細(xì)的支護(hù)方案如圖1所示，夏店煤礦在應(yīng)用此支護(hù)方案后，整個掘進(jìn)巷道的變形量非常大，并且返修的情況非常嚴(yán)重，這影響到了整個巷道的開采，也影響到了煤礦開采的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)該對該支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化[2]。

圖1　夏店煤礦原支護(hù)方案示意圖（單位：mm）

2.2　原支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化分析

采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件可以對深部巷道錨桿支護(hù)技術(shù)的參數(shù)進(jìn)行模擬優(yōu)化，主要是通過對巷道的圍巖控制效果來進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計。在夏店煤礦錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用當(dāng)中，結(jié)合具體的工況，設(shè)計了三種不同的參數(shù)加以模擬，具體的方案統(tǒng)計表如下頁表1所示。通過對三個方案的巷道圍巖變形的數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，方案3當(dāng)中的支護(hù)參數(shù)可以達(dá)到對巷道圍巖變形的最佳控制。

表1　支護(hù)模擬方案統(tǒng)計表　mm

通過FLAC3D數(shù)值模擬軟件進(jìn)行模擬后，采用方案3的布置形式與間排距是最佳的參數(shù)設(shè)定。結(jié)合原支護(hù)參數(shù)，再按巷道的施工情況，對支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了如下的優(yōu)化：錨桿的直徑由18 mm增大到20 mm；錨桿布設(shè)間排距縮短至700 mm，主要是保障到整個支護(hù)初始錨固力應(yīng)該要大于8 t才能保障巷道的支護(hù)安全；支護(hù)當(dāng)中的錨索參數(shù)要進(jìn)行調(diào)整，錨索的長度為8 000 mm，直徑15 mm，其布設(shè)形式改為“三花”，固定的托板采用160 mm×160 mm。對于錨索初始預(yù)緊力要大于10 t才能保障巷道的支護(hù)安全[3]。

3　夏店煤礦巷道施工組織優(yōu)化分析

巷道內(nèi)的施工順序也是影響其掘進(jìn)速度的影響因素，通過對夏店煤礦的開采設(shè)備、人員配備以及作用方式進(jìn)行綜合分析，并結(jié)合其地質(zhì)條件，對其施工組織進(jìn)行優(yōu)化。主要是將作用方式設(shè)定為“三噴三掘”，并改變一些其他的措施，達(dá)到提高巷道的掘進(jìn)速度的目的。其主要優(yōu)化方案為：第一，以往作業(yè)當(dāng)中都是井下拌料，當(dāng)前設(shè)計更改為，噴漿料在地面進(jìn)行相應(yīng)的攪拌后采用直接運輸至掘進(jìn)作業(yè)面的方式進(jìn)行噴涂作業(yè)，其主要目的可以降低與井下拌料產(chǎn)生的影響；第二，耙?guī)r裝載機(jī)的掛鉤布設(shè)在距離掘進(jìn)面迎頭8 m開外，這樣即可以保證矸石的正常運輸又可以不妨礙其他環(huán)節(jié)的運輸作業(yè)；第三，另設(shè)立一個復(fù)噴小組，其主要目的在于同掘進(jìn)中同時開展工作，一同完成復(fù)噴成巷作業(yè)，提高作業(yè)的效果和速度[4-5]。

4　夏店煤礦巷道支護(hù)技術(shù)改進(jìn)方案效果分析

在本次的效果分析當(dāng)中，采用的是“十字測量法”。在巷道當(dāng)中提前布設(shè)四個測站，主要是分析支護(hù)技術(shù)優(yōu)化前后對于圍巖變形的控制情況。數(shù)據(jù)對比分析發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的夏店煤礦巷道支護(hù)參數(shù)對圍巖變形的控制情況得到加強，數(shù)據(jù)有了非常高的提升。巷道頂板變形量縮減近四成，巷道兩幫移動量縮減六成左右，底板鼓起量減少六成。這些數(shù)據(jù)都表明優(yōu)化后的方案對于巷道的變形能起到控制作用。優(yōu)化方案在夏店煤礦實施半年以來，巷道作業(yè)情況表明每月的掘進(jìn)量提高到了118 m，提高了40%，對于提高煤礦的經(jīng)濟(jì)效益起到了重要作用，對于保障夏店煤礦的安全高效生產(chǎn)起到了積極的作用。錨桿支護(hù)技術(shù)的優(yōu)化方案在夏店煤礦快速掘進(jìn)巷道中的應(yīng)用收到了很好的效果，這也為其他同類型煤礦的快速掘進(jìn)巷道的支護(hù)技術(shù)的優(yōu)化起到了示范作用。

[1]葛曉成.煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)技術(shù)研究[J].煤，2017（3）：73-74.

[2]閆蹬杭.煤礦巷道掘進(jìn)施工及支護(hù)技術(shù)探討[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2016（23）：113；120.

[3]劉建勝.煤礦巷道掘進(jìn)施工及支護(hù)技術(shù)分析[J].煤礦現(xiàn)代化，2016（3）：26-27.

[4]呂致遠(yuǎn).試論煤礦掘進(jìn)巷道中的錨桿支護(hù)技術(shù)[J].能源與節(jié)能，2016（5）：169-170.

[5]王旭鋒，張東升，邵鵬，等.深部軟巖錨噴支護(hù)巷道快速掘進(jìn)技術(shù)[J].采礦與安全工程學(xué)報，2011（3）：415-419.