郭 強(qiáng)

（陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司二礦，山西 陽泉 045000）

采用高抽巷治理采空區(qū)瓦斯是陽泉煤業(yè)集團(tuán)瓦斯治理的重要技術(shù)，高抽巷能否及時(shí)完成施工、工程質(zhì)量的好壞對(duì)于工作面快速形成采空區(qū)瓦斯治理系統(tǒng)和取得良好的瓦斯治理效果具有重要意義。陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司二礦普遍采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)，已形成了掘進(jìn)、支護(hù)、運(yùn)輸相結(jié)合的作業(yè)模式。81107 工作面是礦井的主采工作面，為了保證高抽巷的掘進(jìn)速度和工程質(zhì)量，工程技術(shù)人員充分借鑒以往的工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高抽巷快速掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行研究和摸索。

1 礦井掘進(jìn)工藝現(xiàn)狀

當(dāng)前陽煤二礦煤（巖）巷機(jī)掘施工方法為：局扇壓入式通風(fēng)，掘進(jìn)機(jī)截割，人工支設(shè)臨時(shí)支護(hù)，錨桿鉆、風(fēng)鉆安裝頂幫錨桿（永久支護(hù)）；運(yùn)輸方法為膠帶輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)出煤（矸），小絞車等設(shè)備運(yùn)輸材料。施工順序?yàn)椋簢鷰r支護(hù)檢查，調(diào)試掘進(jìn)機(jī)，校對(duì)中線，掘進(jìn)機(jī)割煤（矸），出煤（矸），臨時(shí)支護(hù)，永久支護(hù)。

當(dāng)前施工工序中割運(yùn)煤（巖）、調(diào)機(jī)和支護(hù)頂板是最核心的施工工藝，也是用時(shí)最多的工藝，是實(shí)現(xiàn)循環(huán)的掘進(jìn)任務(wù)的關(guān)鍵。當(dāng)前支護(hù)頂板的錨桿數(shù)量多，密度大，制約了支護(hù)工藝的效率，綜掘機(jī)往往反復(fù)調(diào)機(jī)和檢修造成無效工作耗時(shí)，同時(shí)施工過程關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)（控頂距、空頂距離）往往不能隨著地質(zhì)條件改變后而及時(shí)調(diào)整，造成人員作業(yè)時(shí)間和設(shè)備調(diào)機(jī)耗時(shí)增加。與此同時(shí)，施工人員技能水平差異較大、耗時(shí)不同，也影響著巷道的掘進(jìn)速度。統(tǒng)計(jì)礦井多個(gè)巷道施工期間的相關(guān)參數(shù)，礦井巷道掘進(jìn)平均工效如下表1 所示。

表1 礦井巷道掘進(jìn)平均功效表

2 煤巷快速掘進(jìn)優(yōu)化對(duì)策分析

要想提高巷道掘進(jìn)速度，必須管控各施工環(huán)節(jié)，提高環(huán)節(jié)工效，從施工方法和施工順序進(jìn)行優(yōu)化，采取適宜的技術(shù)方案。

2.1 工作面概況

81107 工作面走向高抽巷主要用途是承擔(dān)81107工作面開采期間的瓦斯抽放任務(wù)，掘進(jìn)期間擔(dān)負(fù)行人、運(yùn)煤（矸）、運(yùn)料等用途。工作面煤厚0.2～0.4 m，煤層傾角-2～ -8°，平均為-4°，煤質(zhì)穩(wěn)定，暗灰色，低硫煤，硬度系數(shù)f 為2～3。81107 工作面走向高抽巷用于工作面回采期間上隅角和采空區(qū)瓦斯抽放，全長(zhǎng)1642 m。81107 工作面走向高抽巷直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度為2.4 m，基本頂為細(xì)粒砂巖，厚度為4.6 m，屬于穩(wěn)定巖層。

2.2 施工路線優(yōu)化

2.2.1 施工路線選擇的原則

選擇施工路線的關(guān)鍵是確定巷道最理想的布置層位和掘進(jìn)方向，即保證巷道實(shí)現(xiàn)有效支護(hù)的前提下，盡可能減小施工巷道的長(zhǎng)度，減小沿程穿越巖（煤）的強(qiáng)度，施工機(jī)具能正常施工，運(yùn)輸系統(tǒng)盡可能短和可靠。

2.2.2 施工路線的選擇

結(jié)合81107 工作面11#煤、12#煤層、圍巖條件和周邊巷道特點(diǎn)，確定81107 工作面走向高抽巷施工路線為：先與11 采區(qū)高抽進(jìn)風(fēng)巷呈104°夾角，沿12#煤底板掘進(jìn)140 m 后，以8°上山掘進(jìn)追至11#煤頂板后，按11#煤頂板作為巷道頂板掘進(jìn)254 m 后以12°下山施工139 m 追至12#煤底板，然后沿12#煤底板掘進(jìn)27 m 后再左拐135°掘進(jìn)14 m，然后再右拐135°沿12#煤底板掘進(jìn)983 m 與傾斜高抽巷貫通。

2.2.3 施工保證技術(shù)

為了保證巷道掘進(jìn)期間施工方向符合設(shè)計(jì)要求，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工地點(diǎn)圍巖條件變化和礦壓異常情況，采用礦壓觀測(cè)和圍巖探測(cè)技術(shù)作為保證技術(shù)。

（1）礦壓觀測(cè)

采用錨桿錨索測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)錨桿錨索軸向受力狀況。過地質(zhì)構(gòu)造、頂板巖性發(fā)生顯著變化等地段增設(shè)錨桿錨索測(cè)力計(jì)。錨索直徑、長(zhǎng)度、鎖具變更時(shí)要及時(shí)安設(shè)錨索測(cè)力計(jì)。

采用頂板離層指示儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂板離層變化情況，同步利用巖性探測(cè)孔或施工鉆孔使用窺視儀分析離層變化情況。頂板離層指示儀緊跟掘進(jìn)工作面，在巷道頂板中部特殊地段應(yīng)增設(shè)頂板離層儀。

采用十字布點(diǎn)法安設(shè)測(cè)站，測(cè)站安設(shè)兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，基點(diǎn)安設(shè)牢固。監(jiān)測(cè)巷道表面位移監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括頂?shù)装逑鄬?duì)移近量、頂板下沉量、底鼓量、兩幫相對(duì)移近量和巷幫位移量。

（2）圍巖探測(cè)

巷道開口處及每隔500 m 進(jìn)行一次巖性取芯探測(cè)，地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)加強(qiáng)探測(cè)，同時(shí)采取鉆探手段。正常進(jìn)行巖性取芯探測(cè)時(shí)，巷道每掘進(jìn)50 m 進(jìn)行一次非取芯巖性探測(cè)。

2.3 支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

采用合理的支護(hù)參數(shù)是巷道工程質(zhì)量和支護(hù)效果的重要保證，支護(hù)強(qiáng)度的提高往往伴隨著更多的錨桿、錨索施工和補(bǔ)強(qiáng)工程，會(huì)大大增加工作面的施工強(qiáng)度，增加施工時(shí)間。支護(hù)強(qiáng)度降低則會(huì)導(dǎo)致施工質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，不能滿足生產(chǎn)安全的需要。結(jié)合礦井類似巷道的施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)方法進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化。將臨時(shí)支護(hù)由4 根帽柱聯(lián)合式臨時(shí)支護(hù)優(yōu)化為6 根，并調(diào)整了剛錨網(wǎng)索材料的類型，將鋼絞線由Φ17.8×5400 mm 優(yōu)化為Φ17.8×5400 mm，將錨桿由Φ20×2400 mm 優(yōu)化為Φ20×2000 mm，并調(diào)整了錨索、錨桿間距。

2.3.1 臨時(shí)支護(hù)

正常掘進(jìn)采用帽柱聯(lián)合式臨時(shí)支護(hù)。帽柱柱體使用DN31.5-160/90 型內(nèi)注式單體液壓支柱。柱要支在實(shí)底上，施工過程中遇底板松軟或無法支在實(shí)底上時(shí)穿木鞋。共用9根柱，其中6根使用、3根備用（備用柱可用內(nèi)注式單體柱或Φ200×3200 mm 木柱）；柱帽9 個(gè)（備用3 個(gè)），規(guī)格為Φ200/2×400 mm的兩開木，一個(gè)循環(huán)進(jìn)度支6 根；柱鞋9 個(gè)（備用3 個(gè)），規(guī)格為400×300×200 mm。

2.3.2 永久支護(hù)

巷道頂錨索選用Φ17.8×5200 mm 的鋼絞線，頂錨桿選用Φ20×2000 mm 的螺紋鋼錨桿；頂錨索托板選用300×270×12 mm 的拱形托板，頂錨桿托板選用150×150×10 mm 的拱形托板；幫錨桿選用Φ20×2000 mm 的普通圓鋼錨桿，幫錨桿托板選用450×280×4 mm 的W 鋼 護(hù) 板+150×150×10 mm的拱形墊片。巷道設(shè)計(jì)如圖1 所示。

（1）鋪聯(lián)網(wǎng)。頂部單層金屬網(wǎng)，長(zhǎng)邊垂直于巷道掘進(jìn)方向鋪設(shè)，順沿掘進(jìn)方向頂部金屬網(wǎng)長(zhǎng)邊與長(zhǎng)邊搭接，頂網(wǎng)短邊鋪至頂板兩側(cè)下沿且均勻布置。幫部單層金屬網(wǎng)短邊垂直于巷道掘進(jìn)方向鋪設(shè)，沿頂部順序往下幫網(wǎng)的長(zhǎng)邊與頂網(wǎng)的短邊搭接，幫網(wǎng)的長(zhǎng)邊鋪至底幫錨桿托板下沿。

（2）頂錨索和頂錨桿布置。頂部采用錨索+螺紋鋼錨桿+鋼帶+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。每排布置1根錨索和3 根螺紋鋼錨桿，頂錨桿、錨索采用矩形布置，緊貼頂板，排距900 mm，眼距1160 mm。沿巷道掘進(jìn)方向從左往右每排鋼帶的第二眼布置錨索，其余一、三、四眼為錨桿，錨桿（錨索）與頂板垂直。

（3）幫錨桿布置。錨桿+金屬經(jīng)緯網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。幫錨桿排距900 mm，每排各打2 根錨桿，矩形布置。最上面一根幫錨桿距頂板600 mm 與頂板呈10°夾角傾斜向上，順序往下1200 mm 布置第二根錨桿。幫錨桿托板為W 鋼護(hù)板，垂直巷道頂?shù)装寰o貼巷幫布置。

圖1 81107 工作面高抽巷支護(hù)設(shè)計(jì)

2.4 掘進(jìn)機(jī)選用和截割方法優(yōu)化

選用掘進(jìn)機(jī)時(shí)綜合考慮巷道出矸需求和與運(yùn)輸系統(tǒng)（膠帶輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)）匹配，經(jīng)計(jì)算后選用EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)。將巷道左半部分和巷道右半部分循環(huán)往復(fù)截割，嚴(yán)格控制截割高度和寬度。結(jié)合該掘進(jìn)機(jī)的特點(diǎn)和施工過程中巷道圍巖條件變化較大，對(duì)掘進(jìn)機(jī)的截割方法進(jìn)行了優(yōu)化。將常規(guī)截割時(shí)的單一截割路線改為針對(duì)不同巷道巖性的兩種不同截割路線。

巷道巖性較好易于維護(hù)時(shí)，掘進(jìn)機(jī)截割巷道左半部分時(shí)，滾筒由左上角開槽，由左向右、由上向下，循環(huán)往復(fù)截割，隨后截割右半部分時(shí)，滾筒由右上角開槽，由右向左、由上向下截割；巷道巖性較差不易于維護(hù)時(shí)，掘進(jìn)機(jī)截割巷道左半部分時(shí)，滾筒由下中部開槽，由右向左、由下向上，循環(huán)往復(fù)截割，隨后截割右半部分，滾筒由下中部開槽，由左向右、由下向上截割（截割路線圖如圖2 所示）。

3 工程應(yīng)用效果

81107 工作面走向高抽巷施工期間，綜合應(yīng)用上述技術(shù)后，杜絕了巷道兩幫超挖欠挖現(xiàn)象，歷次工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)中選測(cè)段巷道頂?shù)紫鄬?duì)位移量、頂板下沉量、底鼓量、巷幫位移量、錨固質(zhì)量均符合標(biāo)準(zhǔn)化巷道相關(guān)要求，且巷道無復(fù)修、補(bǔ)修現(xiàn)象。統(tǒng)計(jì)可知，巷道掘進(jìn)作業(yè)中每工序割運(yùn)煤耗時(shí)從76.2 min 降低到68.4 min，調(diào)機(jī)耗時(shí)從18.3 min 降低到16.1 min，頂板支護(hù)耗時(shí)從105 min 降低到93 min，掘進(jìn)效率由11.4%提高到13.6%。整體巷道工程僅用6 個(gè)月就完成，實(shí)現(xiàn)了最快進(jìn)尺14.4 m 的礦井日進(jìn)尺記錄。

圖2 掘進(jìn)機(jī)截割路線圖

4 結(jié)語

通過在81107 工作面走向高抽巷研究和應(yīng)用快速掘進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了該巷道的安全快速掘進(jìn)，同時(shí)提升了施工隊(duì)伍安全快速掘進(jìn)專業(yè)技術(shù)水平和相關(guān)技能，為礦井和其他礦井類似巷道的安全快速掘進(jìn)提供了重要的參考。