郝永亮

（潞安集團寺家莊有限責(zé)任公司，山西 昔陽 045300）

引言

煤礦生產(chǎn)中的掘進和回采為兩個關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)，裝備的性能、采煤技術(shù)及掘進技術(shù)等直接決定煤礦的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率。經(jīng)研究可知，當(dāng)前煤礦實際生產(chǎn)中綜合掘進效率跟不上綜合采煤效率，導(dǎo)致兩個環(huán)節(jié)之間存在較大的差距，進而影響煤礦的生產(chǎn)效率。因此，實現(xiàn)煤巷工作面的快速掘進是提升礦井生產(chǎn)能力的突破口[1]。本文著重對煤巷快速掘進技術(shù)進行研究，并對其應(yīng)用效果進行驗證，為后續(xù)建立科學(xué)的煤巷掘進體系，實現(xiàn)煤礦科學(xué)、高效、安全的開采奠定基礎(chǔ)。

1 工程概況

長河煤礦的煤炭儲量為1 340.5 Mt，目前該煤礦的生產(chǎn)能力為每年10 Mt，煤層的傾角范圍為0°～3°，采用斜井與立井相結(jié)合的方式進行開采，其中斜井為主運輸，平硐為輔助運輸，立井為回風(fēng)井。本文著重對長河煤礦31304工作面的快速掘進進行研究，31304工作面的頂?shù)装迩闆r如表1所示。

表1 31304工作面頂?shù)装迩闆r

如表1所示，31304工作面頂板巖層的強度較低，容易發(fā)生坍塌、冒落等事故。因此，實現(xiàn)該工作面快速掘進的前提為對其頂板進行合理支護[2]。經(jīng)探測，31304工作面在掘進期間的正常涌水量預(yù)計為15 m3/h。為保證掘進期間不發(fā)生透水事故，要求所采取的防水措施可預(yù)防50 m3/h的涌水量。

2 工作面支護的初步設(shè)計

結(jié)合31304的地質(zhì)條件及實際支護經(jīng)驗，采用“錨桿+錨索+鋼筋網(wǎng)”的聯(lián)合支護方式對掘進工作面進行支護。采用綜合計算分析法和工程經(jīng)驗類比法設(shè)計31304工作面的初步支護方案如下：

2.1 頂錨桿參數(shù)

采用直徑為18 mm的無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿對應(yīng)長度為2 100 mm，錨桿間距為900 mm，錨桿排間距為1 000 mm，每排錨桿的數(shù)量為6根，最小預(yù)緊力矩為100 N·m。

2.2 左幫錨桿參數(shù)

采用直徑為18 mm的玻璃鋼錨桿，對應(yīng)錨桿的長度為2 000 mm，錨桿的間距為1 100 mm，錨桿排間距為1 000 mm，每排錨桿的數(shù)量為2根，最小預(yù)緊力矩為50 N·m。

2.3 右?guī)湾^桿參數(shù)

采用直徑為16 mm的圓鋼錨桿，對應(yīng)錨桿長度為1 800 mm，錨桿的間距為1 100 mm，錨桿排間距為1 000 mm，每排錨桿的數(shù)量為2根，最小預(yù)緊力矩為100 N·m。

2.4 錨索參數(shù)

采用直徑為17.8 mm、長度為5 000 mm的鋼絲絞線，錨索間距為2 200 mm，錨索排間距為2 000 mm，錨固長度為1 800 mm。

為保證煤巷的支護質(zhì)量，在實際施工過程中嚴(yán)格按照工藝及質(zhì)量要求進行，具體質(zhì)量要求如下頁表2所示。

表2 工作面支護質(zhì)量要求

3 快速掘進技術(shù)研究

實現(xiàn)煤礦工作面的快速掘進，需要高性能掘進設(shè)備和合理掘進工藝的相互配合[3]。因此，本節(jié)著重對掘進設(shè)備和掘進工藝的選擇進行具體研究。

3.1 掘進機及其配套設(shè)備的優(yōu)化

結(jié)合31304工作面的地質(zhì)、煤層等條件，本工程選用MB670掘錨機完成對煤巷的掘進任務(wù)。任何工作面的掘進均需完成破、落、裝、運，以及對巷道的支護等工序[4]。根據(jù)掘進任務(wù)工序和工作面巷道斷面面積及底板情況，配置與MB670掘錨機相匹配的設(shè)備，關(guān)鍵配套設(shè)備如表3所示。

表3 31304關(guān)鍵掘進配套設(shè)備

除表3中所述的關(guān)鍵設(shè)備外，在實際掘進施工中還需配備膠帶機、通風(fēng)機、激光指向儀及電氣控制的相關(guān)設(shè)備等。

3.2 掘進工藝流程的最優(yōu)化設(shè)計

掘進任務(wù)包括破、落、裝、運四個環(huán)節(jié)。首先，在破巖的過程中嚴(yán)格按照地測站標(biāo)定的中邊線施工，在本工程中中邊線分別距離巷道左右兩幫2.5 m，且本次掘進設(shè)計的循環(huán)進尺為1 m。實際破巖過程中經(jīng)歷升刀-掃頂-進刀-破巖四個環(huán)節(jié)[5]。

結(jié)合31304工作面的現(xiàn)場情況和掘進效率，設(shè)計如下工藝流程：

掘錨機沿著中邊線破巖后，采用錨桿鉆機及時對巷道頂板和兩幫進行支護，所破下的巖石經(jīng)刮板輸送機-連運車-裝載膠帶機及各個環(huán)節(jié)的膠帶運輸機運送至大巷，最后運輸至地面。

4 快速掘進技術(shù)的應(yīng)用

31304工作面的快速掘進是在穩(wěn)定支護的基礎(chǔ)上采取最佳掘進設(shè)備組合和掘進工藝實現(xiàn)的。因此，快速掘進技術(shù)的應(yīng)用效果可通過對煤巷圍巖的控制和掘進效率進行驗證。

4.1 煤巷圍巖的控制效果

對于所采用支護手段對煤巷圍巖的控制效果，可通過頂板離層監(jiān)測儀對頂板的離層量進行監(jiān)測；采用測槍對巷道頂板和底板的位移量進行監(jiān)測；采用壓力表對錨桿的受力狀況進行監(jiān)測。經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)測，得出如下結(jié)論：

1）在煤巷中設(shè)計了兩個監(jiān)測點，分別對煤巷頂板總的離層量進行監(jiān)測。經(jīng)監(jiān)測得知，兩個監(jiān)測點的離層量分別為39 mm和35.5 mm。而且，煤巷離層較為嚴(yán)重的區(qū)域位于淺部范圍。

2）經(jīng)現(xiàn)場實際施工可知，在巷道掘進初期距離掘進50 m的范圍內(nèi)，頂板的下沉量為70 mm，底板對應(yīng)的底鼓量為52 mm；距離掘進頭60 m的位置，頂板的下沉量達(dá)到穩(wěn)定并且保持在90.5 mm，底鼓量最終為79.1 mm。

4.2 掘進效率分析

采用本文所設(shè)計的快速掘進方案后，4月整個巷道的掘進量為930 m，而且5月的掘進量達(dá)到最大，為1 326 m。而采用傳統(tǒng)掘進工藝對應(yīng)每個月的平均掘進量僅為538 m?？偟膩碇v，采用掘錨機相對傳統(tǒng)掘進機對應(yīng)的掘進效率可提高2.5倍；而且，隨著掘進工藝的不斷成熟，其掘進效率還會繼續(xù)提升。

5 結(jié)語

煤礦生產(chǎn)能力主要受工作面的掘進和回采效率所決定。目前我國煤礦工作面的回采效率已經(jīng)具有顯著的優(yōu)勢；而工作面的掘進效率偏低，與回采效率無法相匹配、適應(yīng)，進而制約整個煤礦的生產(chǎn)能力。為此，實現(xiàn)煤巷的快速掘進對提升煤礦生產(chǎn)力具有重要意義。本文以掘錨機為主體，在對煤巷采用“錨桿+錨索”聯(lián)合支護的基礎(chǔ)上，為掘錨機配套了相應(yīng)的設(shè)備和最佳工藝。實踐表明，掘錨機相對應(yīng)的掘進效率為普通掘進機的2.5倍。