肖河源

（同煤集團(tuán)王村煤業(yè)公司機(jī)掘三隊(duì)，山西 大同037000）

我國作為煤炭?jī)?chǔ)量大國，煤炭能源在能源結(jié)構(gòu)中占有重要地位。煤炭開采多為低下開采，近年來隨著煤炭開采技術(shù)與工藝的不斷創(chuàng)新，大型地下綜采工作面數(shù)量不斷增加，使得年新增回采巷道的數(shù)量和長(zhǎng)度也大量增加。相對(duì)而言，我國的煤炭開發(fā)井下巷道掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)的進(jìn)步遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于需求，巷道掘進(jìn)能力制約著我國煤炭回采效率。另外巷道掘進(jìn)事故的發(fā)生也在佐證著我國巷道掘進(jìn)能力急需提升。針對(duì)這一問題，本文以懸臂式掘進(jìn)機(jī)配套單體錨體鉆機(jī)設(shè)備為基礎(chǔ)，從巷道施工工藝、掘進(jìn)工藝以及巷道支護(hù)工藝角度出發(fā)，進(jìn)行工藝技術(shù)探討，旨在掘進(jìn)安全的基礎(chǔ)上，提升巷道掘進(jìn)速度，保障煤炭回采效率。

1 巷道掘進(jìn)工藝

煤炭回采巷道的施工一般包括巷道掘進(jìn)、巷道支護(hù)等，以便于回采煤安全順利運(yùn)輸。巷道掘進(jìn)在我國當(dāng)前的煤炭開采中采用最廣泛的是懸臂式掘進(jìn)機(jī)配套單體錨體鉆機(jī)工藝，通過掘進(jìn)機(jī)將巷道煤炭切割，形成一定需求的巷道后，為了保證巷道圍巖的穩(wěn)定，需要進(jìn)行巷道支護(hù)，巷道支護(hù)相比較巷道掘進(jìn)，耗時(shí)長(zhǎng)、工作量大。懸臂式掘進(jìn)機(jī)配套單體錨體鉆機(jī)煤炭巷道掘進(jìn)施工作業(yè)線如圖1所示。掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，掘進(jìn)機(jī)切割下來的煤塊，需要通過橋式傳送機(jī)輸送到膠帶式輸送機(jī)上，一方面起到煤炭收集作用，另一方面為進(jìn)一步巷道掘進(jìn)提供空間，待前進(jìn)兩個(gè)錨桿排距時(shí)，停止掘進(jìn)，退出空間進(jìn)行鉆機(jī)鉆孔支護(hù)作業(yè)，往返交替，完成巷道掘進(jìn)支護(hù)。該作業(yè)工藝能夠保證各工序之間的銜接，充分發(fā)揮工藝設(shè)備性能，切割、運(yùn)輸、掘進(jìn)、支護(hù)環(huán)環(huán)相扣，最大程度發(fā)揮了工藝效率。該工藝主要應(yīng)用于巷道彎度較小的單巷道掘進(jìn)環(huán)境中。

圖1 煤炭井下巷道掘進(jìn)施工作業(yè)線圖示

在實(shí)際巷道掘進(jìn)工藝實(shí)施中，掘進(jìn)與支護(hù)方式是影響掘進(jìn)進(jìn)度的最重要因素。煤礦單巷道掘進(jìn)時(shí)，掘進(jìn)面一般都呈現(xiàn)矩形特征，如果掘進(jìn)巷道一次成型，雖然能夠在一定程度上提升掘進(jìn)效率，但支護(hù)難度和支護(hù)作業(yè)效率會(huì)受到嚴(yán)重影響，通過工藝測(cè)算，二段掘進(jìn)施工工藝整體上優(yōu)于一次成型工藝。二段掘進(jìn)工藝示意圖見下頁圖2，首先懸臂式掘進(jìn)機(jī)從巷道一側(cè)進(jìn)行切割掘進(jìn)，一般前進(jìn)約兩個(gè)錨桿距離后，將掘進(jìn)機(jī)后退，并測(cè)移動(dòng)到巷道另一側(cè)，進(jìn)行二段掘進(jìn)，同時(shí)煤礦工人進(jìn)入到空頂區(qū)先進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，再進(jìn)行掛錨網(wǎng)、打眼鉆孔錨桿錨索永久支護(hù)作業(yè)，二段掘進(jìn)工藝能夠統(tǒng)籌掘進(jìn)與支護(hù)工序，提升掘進(jìn)支護(hù)效率。懸臂式掘進(jìn)機(jī)配套單體錨體鉆機(jī)工藝是我國大部分煤礦井下巷道掘進(jìn)支護(hù)方式，具有便捷性和快速性的特點(diǎn)，工藝實(shí)施簡(jiǎn)單有效，但值得注意的是，二段掘進(jìn)工藝的實(shí)施對(duì)巷道圍巖有一定的要求，巷道圍巖或煤塊需要有一定的硬度，同時(shí)做好巷道支護(hù)也是該工藝實(shí)施的重要保障。

2 巷道支護(hù)工藝

井下巷道支護(hù)是保障巷道安全，回采順利的重要保障，是巷道掘進(jìn)技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)。巷道支護(hù)的目標(biāo)是落煤后，巷道頂板及圍巖變得松散且不穩(wěn)定，需要進(jìn)行支撐維護(hù)，將掘進(jìn)形成的不穩(wěn)定巷道圍巖進(jìn)行支護(hù)，控制形成巷道圍巖的變形，避免巷道圍巖的坍塌或碎塊掉落，使巷道穩(wěn)定安全。與二段掘進(jìn)工藝相搭配的支護(hù)工藝為錨桿錨索支護(hù)工藝，該工藝具有所需空間小的優(yōu)點(diǎn)，適合在巷道一側(cè)單獨(dú)實(shí)施。錨桿錨索支護(hù)工藝與二段掘進(jìn)工藝共同實(shí)施，實(shí)施步驟為：

圖2 巷道二段掘進(jìn)工藝示意圖

1）掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)巷道一側(cè)，將煤塊或巖塊通過輸送系統(tǒng)運(yùn)出，為巷道施工留有足夠空間，一側(cè)掘進(jìn)完成后，掘進(jìn)機(jī)退出，移至另一側(cè)繼續(xù)掘進(jìn)。

2）將臨時(shí)支護(hù)裝置運(yùn)送到采空區(qū)，此時(shí)支護(hù)設(shè)備的四根支柱處于收縮狀態(tài)，放置在確定位置后，將支柱張開，通過液壓動(dòng)力，將臨時(shí)支護(hù)設(shè)備緊貼采空巷道頂部，起到上下支護(hù)作用。

3）支護(hù)平臺(tái)進(jìn)入采空區(qū)，工作人員手動(dòng)安裝單軌吊軌道，懸掛式錨桿鉆孔機(jī)進(jìn)入采空巷道，在圍巖上打孔，進(jìn)行永久支護(hù)作業(yè)。

4）支護(hù)平臺(tái)收起折疊，退出懸掛式錨桿鉆機(jī)，進(jìn)行下一周期的流程。

巷道支護(hù)工藝實(shí)施當(dāng)中用到的臨時(shí)支護(hù)設(shè)備，是一種以液壓為動(dòng)力的支護(hù)平臺(tái)，主要作用是為永久支護(hù)作業(yè)提供安全施工環(huán)境，起到臨時(shí)保護(hù)作用。臨時(shí)支護(hù)的動(dòng)力大小是支護(hù)作用的重要參數(shù)，過大的動(dòng)力會(huì)使得巷道受到過大外力，增加巷道塌頂風(fēng)險(xiǎn)，而過小的支護(hù)動(dòng)力則起不到支護(hù)作用，形同虛設(shè)。一般來講，臨時(shí)支護(hù)設(shè)備液壓動(dòng)力來自于井下動(dòng)力工作站，工作站通過管道向支護(hù)設(shè)備提供一定壓力的液壓油，并通過單向閥門、溢流閥門、安全閥門等來調(diào)節(jié)液壓油調(diào)整立柱的支撐力，完成臨時(shí)支護(hù)設(shè)備對(duì)掘進(jìn)完成后巷道的臨時(shí)支護(hù)。臨時(shí)支護(hù)在接收到來自工作站的液壓動(dòng)力后，支護(hù)可以分為三個(gè)階段：初撐階段、承載增阻階段、恒阻階段。

初撐階段指的是臨時(shí)支護(hù)設(shè)備支柱張開并對(duì)巷道頂部起到升高作用的過程，支護(hù)設(shè)備在液壓動(dòng)力作用下，對(duì)巷道頂板產(chǎn)生一定范圍的支撐力，該支撐力是保證巷道頂板穩(wěn)定的主要?jiǎng)恿?，該支撐力大小為?/p>

式中：D為臨時(shí)支護(hù)設(shè)備支柱的缸徑；n為臨時(shí)支護(hù)設(shè)備支柱數(shù)量；Pb為液壓工作站位臨時(shí)支護(hù)設(shè)備提供的液壓動(dòng)力大小。

承載增阻階段指的是在臨時(shí)支護(hù)設(shè)備對(duì)巷道頂部初撐后，巷道頂部然后受到臨時(shí)支護(hù)設(shè)備向上的支撐力，該力大于初撐力。其主要是使巷道頂部在初撐完成后，繼續(xù)向上做一定形變，使頂部更加穩(wěn)定。承載增阻階段的巷道頂部并沒有達(dá)到最高處，因此臨時(shí)支護(hù)設(shè)備的支撐力也在不斷增加，受到的阻力也在不斷增大，因此承載增阻階段是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程。恒阻階段是在臨時(shí)支護(hù)設(shè)備壓力升到一定極限后，巷道頂板也上升到最高，此時(shí)頂板形變最大，最穩(wěn)定，而臨時(shí)支護(hù)設(shè)備則通過對(duì)應(yīng)的減壓裝置釋放壓力，達(dá)到能夠支撐頂板穩(wěn)定的壓力后停止釋壓，達(dá)到阻力與壓力平衡。因此恒阻階段實(shí)際上是臨時(shí)支護(hù)設(shè)備與巷道頂板達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，是臨時(shí)支護(hù)設(shè)備真正發(fā)揮作用的開始階段。恒阻階段設(shè)備動(dòng)力為：

式中：D為臨時(shí)支護(hù)設(shè)備支柱的缸徑；n為臨時(shí)支護(hù)設(shè)備支柱數(shù)量；Pa為臨時(shí)支護(hù)設(shè)備安全閥設(shè)定壓力。

對(duì)于臨時(shí)支護(hù)設(shè)備的壓力用圖3表示。對(duì)于臨時(shí)支護(hù)設(shè)備的選取，恒阻階段的設(shè)備提供的支撐力是最重要的參考要素。

圖3 臨時(shí)支護(hù)設(shè)備工作階段示意圖

3 結(jié)語

懸臂式掘進(jìn)機(jī)配套單體錨體鉆機(jī)煤炭巷道二段掘進(jìn)工藝，能夠有效提升巷道掘進(jìn)支護(hù)速度，間接提升煤礦回采經(jīng)濟(jì)效益，保障施工人員人身安全，這對(duì)我國煤炭開采行業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。