牛晉軍

(晉城藍(lán)焰煤業(yè)股份有限公司成莊礦，山西 晉城 048000)

引 言

晉煤集團(tuán)成莊礦對(duì)于大斷面巖石巷道的掘進(jìn)速度和效率一直不高，影響了該礦高產(chǎn)高效安全煤礦的建設(shè)，亟待探索新的掘進(jìn)技術(shù)及工藝的優(yōu)化改善。針對(duì)這一問題，礦井成立了“大斷面巖巷的高效掘進(jìn)技術(shù)運(yùn)用”項(xiàng)目，以該礦下組煤巖巷大斷面巖石巷道為對(duì)象，進(jìn)行掘進(jìn)工作面的高效掘進(jìn)實(shí)驗(yàn)研究。

1 工程概況

晉煤集團(tuán)成莊礦井田位于沁水煤田南端，晉城市西北20 km處，跨澤州和沁水兩縣。礦井井田面積74.33 km2，3 #煤資源接近枯竭，礦決定開拓下組9 #煤和15 #煤大巷。下組煤均沿煤層頂板掘進(jìn)，由于煤層較薄，9 #煤1 m厚、15 #煤3 m厚，所掘巷道以巖石為主。巷道均為矩形斷面，斷面尺寸為5.5 m×3.8 m，錨桿索支護(hù)，頂板為4根2.4 m長(zhǎng)的錨桿，巷幫錨桿長(zhǎng)2.4 m，兩幫各4根。由于掘進(jìn)過程中經(jīng)常受斷層帶影響，造成頂幫破碎，在過斷層地段時(shí)，采用錨梁網(wǎng)配合錨索聯(lián)合支護(hù)。下組煤巷道機(jī)掘截割軌跡，如圖1所示。

圖1 成莊礦下組煤巷道機(jī)掘截割軌跡示意圖

2 大斷面巖石巷道高效掘進(jìn)的主要影響因素

大斷面巖石巷道的掘進(jìn)效率一直以來都是一個(gè)復(fù)雜的綜合過程，如何能夠高效掘進(jìn)，需要事先找到影響掘進(jìn)效率的主要因素，并針對(duì)性的加以優(yōu)化。

2.1 地質(zhì)條件

頂?shù)装鍡l件的不同會(huì)影響巖石巷道的支護(hù)方式和掘進(jìn)機(jī)的進(jìn)刀尺寸，從而影響到掘進(jìn)效率。下組煤巷道工程的頂板砂質(zhì)泥巖，整體上表現(xiàn)出了極為不穩(wěn)定的特征，其控頂自穩(wěn)時(shí)間短，因此在巷道掘進(jìn)當(dāng)中圍巖的穩(wěn)定性不強(qiáng)極易失穩(wěn)冒落，發(fā)生冒頂片幫事故，這一情況也加大了巷道支護(hù)的難度，影響到巖石巷道的快速掘進(jìn)效率[1-2]。

2.2 掘進(jìn)及支護(hù)設(shè)備

綜掘工作面機(jī)械化作業(yè)線的設(shè)備配套是否合理會(huì)影響到掘進(jìn)效率。一般巷道綜掘工作面仍采用舊式160掘進(jìn)機(jī)作業(yè)，其截割巖石困難影響綜掘效率；支護(hù)所用頂幫鉆，依靠人工頻繁移動(dòng)，導(dǎo)致人工、材料占用都多，支護(hù)效率低下。

2.3 支護(hù)參數(shù)

從當(dāng)前成莊礦其它巖石巷道綜掘作業(yè)循環(huán)來看，支護(hù)工序所占時(shí)間為55%，割煤工序時(shí)間占25%，運(yùn)輸系統(tǒng)影響占20%左右[3]。從時(shí)間比例上來看，支護(hù)工序是當(dāng)前影響大斷面巖石巷道高效掘進(jìn)效率的主要因素。當(dāng)前對(duì)下組煤大巷掘進(jìn)而言，巷道頂板和兩幫的加固強(qiáng)度富余量較大，但是因底板維護(hù)力度不夠而出現(xiàn)底鼓量加大的情況，影響到整個(gè)巖石巷道的高效掘進(jìn)速率。

2.4 施工工藝

懸臂式掘進(jìn)機(jī)配合錨桿鉆車，后配裝載機(jī)和膠帶輸送機(jī)的綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝方式是當(dāng)前掘進(jìn)巷道的主要施工工藝，施工工序?yàn)椋壕C掘機(jī)截割、錨桿鉆車打孔、支護(hù)等工作[4]。

3 高效掘進(jìn)技術(shù)的優(yōu)化方案設(shè)計(jì)研究

3.1 掘進(jìn)和支護(hù)設(shè)備的優(yōu)化

選擇EBZ-260型掘進(jìn)機(jī)，具有較強(qiáng)的截割能力，能夠適應(yīng)各類圍巖條件，完全適合本巷道掘進(jìn)規(guī)格要求。錨桿鉆孔設(shè)備采用CMM2-15型錨桿鉆機(jī)，加快了打眼工序和支護(hù)速度。

3.2 支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化

選擇中國(guó)礦業(yè)大學(xué)井下巷道支護(hù)優(yōu)化軟件進(jìn)行支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，把相應(yīng)的工程條件數(shù)值輸入到軟件，得到相應(yīng)的數(shù)值模擬結(jié)果。其錨桿支護(hù)參數(shù)優(yōu)化如下：1) 采用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)，合理增大錨桿間排距，錨桿間排距由1 m調(diào)整為1.4 m；2) 錨索間距由2-0-2-0,調(diào)整為1-0-1-0提高支護(hù)效率；3) 幫最下1根錨桿可滯后工作面迎頭四排施工。

3.3 輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的改造優(yōu)化

巖石巷道的掘進(jìn)中經(jīng)常出現(xiàn)破頂?shù)拙蜻M(jìn)現(xiàn)象，局部地段有大量巖石外運(yùn)。對(duì)下組煤巖石巷道掘進(jìn)對(duì)輔助運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行了改造優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要包括以下兩方面：1) 原來輔助運(yùn)輸設(shè)備為刮板輸送機(jī)，事故率高無法滿足高效掘進(jìn)的運(yùn)輸要求，采用SJ-80型膠帶輸送機(jī)來進(jìn)行替代；2) 改造膠帶輸送機(jī)，根據(jù)巷道長(zhǎng)度實(shí)際情況加工并安裝了簡(jiǎn)易膠帶輸送機(jī)，將原先的膠帶輸送機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，取代了事故率高的刮板輸送機(jī)，從而達(dá)到了合理運(yùn)輸?shù)哪康腫5-6]。

3.4 “掘-支-運(yùn)”的優(yōu)化配置

1) “掘-支”聯(lián)合施工工藝。采用機(jī)載錨桿鉆車打孔和安裝錨桿，減少傳統(tǒng)頂幫鉆支護(hù)的多道施工工序，改變掘進(jìn)機(jī)割煤與錨桿鉆孔安裝不平衡的現(xiàn)象，縮短錨桿有效作業(yè)時(shí)間，提高成巷速度；2) 縮短輔助工序時(shí)間，嘗試部分工序平行作業(yè)。對(duì)可以提高準(zhǔn)備的相關(guān)輔導(dǎo)工序進(jìn)行提前安排，比如做好交接班、運(yùn)送物料、接風(fēng)筒、移瓦斯傳感器等工序，實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)，并且做好風(fēng)、水、電等設(shè)施的安全保障，提高工作面的掘進(jìn)效率。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)成莊礦下組煤巖巷綜掘工作面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，排除了大斷面、偽頂?shù)雀蓴_因素，運(yùn)用高效掘進(jìn)技術(shù)取得了月進(jìn)尺380 m的好成績(jī)，為實(shí)現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效的目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。從成莊礦下組煤巖巷的實(shí)際工程概況發(fā)現(xiàn)，分析了影響其高效掘進(jìn)的四大影響因素，運(yùn)用高效掘進(jìn)技術(shù)，針對(duì)性的從掘進(jìn)切割快速、支護(hù)參數(shù)合理、連續(xù)輔助運(yùn)輸及其三大工序之間的優(yōu)化配置四個(gè)方面制定了該掘進(jìn)巷道的優(yōu)化改進(jìn)工藝，并將應(yīng)用于該巷道的工程實(shí)踐應(yīng)用當(dāng)中。實(shí)踐效果表明該優(yōu)化方案是成功的，有效的提高下組煤巖石巷道的掘進(jìn)效率。為掘進(jìn)工作面的高效掘進(jìn)技術(shù)提供了相應(yīng)的技術(shù)參考。