吳昆

【摘 要】針對(duì)某煤礦巷道特征，分別采用超前錨桿支護(hù)、注漿技術(shù)對(duì)軟巖巷道進(jìn)行加固處理，并采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)巖巷機(jī)械化作業(yè)方式掘進(jìn)軟巖巷道，使得巷道支護(hù)效果與掘進(jìn)效果均得到了大幅提升，對(duì)于類似礦山巷道支護(hù)及掘進(jìn)施工有一定的借鑒價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】煤礦掘進(jìn)；巷道超前支護(hù)；應(yīng)用

引言

巷道掘進(jìn)是煤礦生產(chǎn)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)?！安删虿⒅?，掘進(jìn)先行”，巷道的快速掘進(jìn)是保證礦井高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)措施。掘進(jìn)技術(shù)及其裝備水平直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的能力和安全。以懸臂式掘進(jìn)機(jī)為主體的高效機(jī)械化掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)是保證礦井實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的必要條件。近年以來(lái)，隨著能源結(jié)構(gòu)與增長(zhǎng)方式調(diào)整，煤炭產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩，煤炭經(jīng)濟(jì)運(yùn)行形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，采掘失調(diào)、煤巷掘進(jìn)速度偏低的突出問(wèn)題愈加嚴(yán)重，礦井開(kāi)采準(zhǔn)備周期長(zhǎng)，時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本高。為實(shí)現(xiàn)煤炭企業(yè)安全高效生產(chǎn)和低成本運(yùn)行，因此，突破煤礦巷道掘進(jìn)及超前支護(hù)技術(shù)成為關(guān)鍵性問(wèn)題。

1概述

某煤礦位于某市西部、西山煤田東北部，距某市五一廣場(chǎng)19.8km。井田西北與西銘礦相連，東南與官地礦接壤，東北以9#煤層露頭為界，西南與邢家社普查區(qū)相鄰，形態(tài)大致為NE—SW走向的長(zhǎng)方型，長(zhǎng)約10km，寬約6.48km，面積69.7km2。本研究通過(guò)對(duì)該礦山巷道支護(hù)與掘進(jìn)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，為提高該礦巷道掘進(jìn)安全性和進(jìn)度提供參考。

2掘進(jìn)技術(shù)

2.1懸臂式掘進(jìn)機(jī)與單體錨桿鉆機(jī)配套作業(yè)線

現(xiàn)階段我國(guó)煤巷仍舊以懸臂式掘進(jìn)機(jī)為主，配套設(shè)備主要由懸臂式掘進(jìn)機(jī)、單體錨桿鉆機(jī)、橋式轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī)組成。該作業(yè)線操作靈活，適應(yīng)性好，適用于單巷掘進(jìn)，應(yīng)用最為廣泛。懸臂式巷道掘進(jìn)機(jī)由主機(jī)以及配套設(shè)備組成。在切割巖石破落之后，通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)將其傳遞至尾部，之后利用運(yùn)輸機(jī)將巖渣送走。在進(jìn)行切割的過(guò)程中，可以滿足任意形狀斷面的需求，并且還可以保證較高的精確度，有利于后續(xù)支護(hù)。該設(shè)備對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件具有極強(qiáng)的適應(yīng)力，可以方便的進(jìn)行轉(zhuǎn)彎與爬坡，主要是用于采煤準(zhǔn)備巷道的掘進(jìn)，也可以在其余巷道施工中應(yīng)用，并且巷道斷面可以是任意形狀。但掘進(jìn)和支護(hù)不能平行作業(yè)，以犧牲掘進(jìn)時(shí)間為代價(jià)，掘進(jìn)速度較慢。

2.2連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車配套作業(yè)線

連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車配套作業(yè)線配套設(shè)備由連續(xù)采煤機(jī)、梭車、給料破碎機(jī)、帶式輸送機(jī)、四壁鉆桿鉆車、鏟車組成。該作業(yè)線需要交叉換位施工，適用于巷道條件較好的大斷面雙巷或多巷，掘進(jìn)速度快，但對(duì)地質(zhì)條件要求較高，僅在我國(guó)神東榆林部分礦區(qū)得到應(yīng)用，適應(yīng)范圍局限。

2.3掘錨機(jī)組掘錨一體化掘進(jìn)

掘錨機(jī)組掘錨一體化掘進(jìn)配套設(shè)備由掘錨機(jī)組、橋式轉(zhuǎn)載機(jī)、轉(zhuǎn)載破碎一體機(jī)、帶式輸送機(jī)組成。該作業(yè)線實(shí)現(xiàn)了掘錨平行作業(yè)，適用于巷道斷面大的單巷掘進(jìn)，掘進(jìn)速度最快，在適宜地區(qū)能夠顯著提高掘進(jìn)效率，但對(duì)地質(zhì)要求較高，使用范圍受到限制。

3巷道支護(hù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1超前支護(hù)方案設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)采用超前錨桿支護(hù)方案。首先將超前錨桿打入巷道掘進(jìn)前方穩(wěn)定巖層內(nèi)，末端支承于拱部圍巖內(nèi)專為超前錨桿提供支點(diǎn)的徑向懸吊錨桿，爆破前，在巷道幾何尺寸要求的外圍約200mm的井巷輪廓線外，每隔800mm間距打注1個(gè)20mm×2000mm螺紋鋼錨桿，角度與巷道前進(jìn)方向成45°夾角，錨桿尾部使用調(diào)心球墊和300mm×300mm（長(zhǎng)×寬）木托板，錨桿端頭使用1支MSCK2360型和MSK2380錨固劑，實(shí)現(xiàn)全長(zhǎng)錨固，錨桿預(yù)緊力不宜小于200N·m。放炮前，有必要逐根檢查錨桿預(yù)緊力大小。放炮炮眼眼口位置應(yīng)低于錨桿墊片150mm以上，且周邊眼實(shí)行光面爆破，以便對(duì)超前錨桿產(chǎn)生最小的影響力。放炮后，人員不得進(jìn)入空頂下作業(yè)，應(yīng)先檢查超前錨桿的支護(hù)情況，同時(shí)對(duì)錨桿的錨固力進(jìn)行檢查。在超前錨桿支護(hù)有效的情況下，對(duì)爆破地段的頂幫進(jìn)行敲幫問(wèn)頂和處理浮巖活石，之后方可進(jìn)行下一工序作業(yè)。

3.2管棚尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)

管棚長(zhǎng)度可通過(guò)以下經(jīng)驗(yàn)公式確定。L=1+Hcotφ+0.5式中：L為管棚長(zhǎng)度；φ為巖層的內(nèi)摩擦角；H為圍巖垮落高度，根據(jù)1201運(yùn)輸平巷圍巖性質(zhì)，取H=2.51m，φ=26°，帶入公式計(jì)算可得L=5.6m。在確定管棚長(zhǎng)度時(shí)，若圍巖巖性較差，可適當(dāng)增加管棚長(zhǎng)度，若圍巖巖性較好，則可減小管棚長(zhǎng)度，結(jié)合1201運(yùn)輸平巷地質(zhì)條件綜合考慮管棚長(zhǎng)度，取L=6m。為了便于管棚現(xiàn)場(chǎng)安裝，采用分節(jié)制作及安裝的方法，選用直徑50mm，壁厚為5mm、每節(jié)長(zhǎng)度3000mm的無(wú)縫鋼管，將鋼管管端削尖以便于插入圍巖，前后2根鋼管的搭接部分采用絲扣連接，絲扣長(zhǎng)度不低于100mm。

3.3注漿加固方案設(shè)計(jì)

該礦軟巖巷道除采用錨桿支護(hù)外，也采用了管棚支護(hù)方式。在進(jìn)行管棚支護(hù)時(shí)，待棚架架設(shè)完畢后，便需進(jìn)行掛網(wǎng)、噴漿以及注漿處理，確保U型鋼能夠均勻承載。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析確定的注漿參數(shù)為水灰比1∶1，雙漿體積比0.04∶1。在實(shí)際操作過(guò)程中，由于巷道不同地段的圍巖狀況、裂隙發(fā)育程度不同，可對(duì)水灰比進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，但水灰比不宜小于0.5∶1，但也不宜大于1.5∶1。針對(duì)巷道實(shí)際特點(diǎn)，可選擇及時(shí)初噴以及滯后復(fù)噴模式。在巷道掘進(jìn)過(guò)后，需及時(shí)進(jìn)行噴漿處理。在掘進(jìn)機(jī)后方進(jìn)行復(fù)噴時(shí)，可保持與滯后注漿平行作業(yè)。滯后噴漿可以在一定程度上釋放巷道應(yīng)力，并且之后噴漿層也不易出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題，同時(shí)滯后噴漿還能夠與注漿保持平衡作業(yè)，有利于進(jìn)一步加快施工速度。初噴作業(yè)在巷道開(kāi)挖以后及時(shí)進(jìn)行，初噴厚度為50mm。滯后噴漿緊跟掘進(jìn)機(jī)后方作業(yè)，與注漿同時(shí)進(jìn)行，噴漿厚度為100mm，在復(fù)噴前應(yīng)用高壓水沖洗初噴面。

4掘進(jìn)技術(shù)研究

4.1掘進(jìn)機(jī)截割方式優(yōu)化設(shè)計(jì)

掘進(jìn)機(jī)截割方式的好壞對(duì)掘進(jìn)機(jī)工作效率、成巷質(zhì)量及施工速度具有重要的影響，在掘進(jìn)過(guò)程中要根據(jù)不同圍巖情況選擇合理的截割方式，當(dāng)巖石硬度較小時(shí)，先用截割頭在左下角掏槽后，向上按S型進(jìn)行切割；當(dāng)巖石硬度不同時(shí)，先在較軟位置進(jìn)行掏槽，然后再進(jìn)行全斷面截割；當(dāng)巖石較硬時(shí)，根據(jù)巖石硬度及節(jié)理裂隙發(fā)育情況綜合確定鉆進(jìn)深度，再逐步擴(kuò)大到全斷面。

4.2巷道底板軟弱導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)行走困難

當(dāng)?shù)装遢^軟時(shí)，可通過(guò)在履帶下墊木板來(lái)加強(qiáng)其行走能力，若底板積水較多，先進(jìn)行上部截割，待截割下來(lái)的物料與水混合后再進(jìn)行下部的截割；在積水較多區(qū)域可隔一段區(qū)域建立蓄水池，來(lái)收集巷道上部流下的泥水，并通過(guò)泥漿泵進(jìn)行排水。

4.3施工組織與管理優(yōu)化設(shè)計(jì)

在原施工方案基礎(chǔ)上，對(duì)工序網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，每個(gè)掘進(jìn)班在1個(gè)班內(nèi)進(jìn)行兩輪截割，架2架U型棚，注漿作業(yè)緊跟掘進(jìn)機(jī)后方，與支護(hù)作業(yè)平行進(jìn)行；原施工方案中人工挖柱窩占用了大量的時(shí)間，因此改為掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)某煤礦軟巖巷道支護(hù)及掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了分析，通過(guò)采用超前錨桿支護(hù)、注漿技術(shù)對(duì)軟巖巷道進(jìn)行加固處理，并采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)巖巷機(jī)械化作業(yè)方式掘進(jìn)軟巖巷道，大幅提升了巷道掘進(jìn)的安全性和效率，加強(qiáng)施工人員和管理人員的素質(zhì)能力，切實(shí)做到安全有效的按操作規(guī)程執(zhí)行，采用先進(jìn)的管理理念，采用概率模型確定合理的人員配置和空間布局。為安全有效提高掘進(jìn)速度提供有力條件，可供類似礦山參考。

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（作者單位：冀中能源峰峰集團(tuán)大淑村礦）