任澤哲

（晉能控股集團四老溝礦機掘三隊，山西 大同 037000）

引言

在實際生產(chǎn)中，若想大幅度提升綜采工作面的生產(chǎn)效率，必須保證工作面各個環(huán)節(jié)的匹配度達到最高。就目前而言，綜采工作面的主要矛盾為巷道掘進效率與巷道采煤效率相差較大；而且，對于硬巖巷道而言，由于巖層條件復雜常通過炮掘工藝進行掘進，每月僅可掘進100 mm 的長度，嚴重制約了礦井的生產(chǎn)效率[1]。同時，實現(xiàn)硬巖巷道快速掘進的關鍵因素之一為保證巷道的有效支護，并為其配套高效的掘進設備。本文針對硬巖巷道，對其支護方案進行優(yōu)化，并完成高效掘進機械設備的配套。

1 良莊煤礦水平大巷道工程概況

本文以良莊煤礦為研究對象，以其水平大巷道的掘進為例開展研究。該水平巷道的高度為3.6 m、寬度為4.6 m，巷道斷面面積為16.56 m2。水平大巷道內的巖層硬度范圍為8～11，且?guī)r層的結構相對穩(wěn)定。水平大巷道的頂?shù)装宓刭|條件見表1。

表1 水平大巷道頂?shù)装宓刭|條件

經(jīng)探測可知，水平大巷道的最大涌水量可達95m3/h，一般情況下的平均/正常涌水量為5.3 m3/h。由工作面煤層涌出瓦斯的相對值為1.98 m3/t。

總的來講，首先，水平大巷道的地質環(huán)境相對復雜且頂板以砂質泥巖為主，導致頂板施工的難度增加，進而影響巷道的掘進速度；其次，工作面受到采空區(qū)積水的影響，且采空區(qū)積水也是制約煤礦快速掘進的主要因素[2]；最后，工作面煤層瓦斯的涌出量較大，也對工作面的快速掘進工藝提出較大的挑戰(zhàn)。

2 掘進支護方案的優(yōu)化

對于硬巖層巷道而言，由于其巖層較硬且地質環(huán)境相對復雜，對硬巖巷道的高效支護可保證后期的掘進效率，起到事半功倍的效果。因此，本小節(jié)重點對水平大巷道的支護參數(shù)進行優(yōu)化。目前水平大巷道采用錨桿+錨索的聯(lián)合支護方式進行支護，具體支護參數(shù)見表2。

表2 水平大巷道錨桿+錨索聯(lián)合支護參數(shù)

由表2 所示，頂部和兩幫所選的錨桿為等強錨桿，布置的排距為700 mm、間距為700 mm；頂部錨索采用左旋預應力鋼絞線形式，布置間距為1 500 mm、排距為1 600 mm。在實際實施過程中發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)階段的支護方案相對煩瑣，導致在一個正規(guī)循環(huán)的掘進任務中有70%的時間均耗費在支護上，直接減少了實際掘進時間，進而影響了巷道的掘進速度和掘進與采煤工序的交替[3]。

為解決上述問題，擬通過減小錨桿和錨索的布置密度來進行優(yōu)化，具體方案如下：

1）頂板選用直徑為20 mm、長度為1 800 mm 的讓壓錨桿，錨桿的排距和間距均為900 mm。

2）兩幫選用直徑為20 mm、長度為2 000 mm 的讓壓錨桿，且兩幫錨桿排距為700mm、間距為900mm；同時，將幫錨桿按傾角45°在兩幫安裝。

3）頂部錨索采用直徑為16 mm、長度為6 500 mm的左旋預應力鋼絞線制作的錨索，且頂部錨索的間距為1 600 mm、排距為1 800 mm。

將上述優(yōu)化前后方案的支護效果進行對比，重點考慮不同支護方案下頂板和兩幫的位移量?；贔LAC3D 軟件對不同支護方案的支護效果進行對比，詳見表3。

表3 不同支護方案的支護效果對比

對比優(yōu)化前后支護方案對應的頂板下沉量和兩幫移近量可知，兩種方案對控制圍巖的效果相似。因此，可采用優(yōu)化后的方案對硬巖巷道進行支護。同時，采用優(yōu)化后的支護方案，在保證硬巖巷道圍巖穩(wěn)定性的同時，由于錨桿和錨索的布置間距增大，在同樣支護面積下極大地縮短了錨桿和錨索的安裝時間，從而直接增加了掘進的時間，為實現(xiàn)快速掘進奠定基礎。

此外，除了上述錨桿與錨索聯(lián)合支護的方案外，還延續(xù)原硬巖巷道所采用的W 鋼帶+金屬網(wǎng)的強化支護方案。所采用W 鋼帶的寬度為280mm、厚度為4mm，鋼帶間排距900mm、900mm；金屬網(wǎng)網(wǎng)孔規(guī)格為100 mm×100 mm，網(wǎng)柱高度、間距為2.3 m、3m。

3 硬巖巷道開拓掘進機械配套

3.1 鑿巖鉆頭的選型

在實際支護實施過程中需要進行鉆孔操作。因此，實際的鉆孔速度直接影響支護的速度，進而影響巷道的掘進效率。因此，為實際支護實施配置合適的鉆頭尤為重要。目前，可選用的鉆頭包括十字鉆頭和球齒鉆頭兩種。實踐表明，采用十字鉆頭施工時，僅鉆孔的時間就占據(jù)掘進工作時間的40%，平均鉆孔速度為0.15 m/min；而且采用十字鉆頭磨損嚴重，一般一個鉆頭僅能夠完成3 個鉆孔的鉆進任務。但是，采用球齒鉆頭對應的鉆孔速度為0.25 m/min，而且完成4 個鉆孔任務后鉆頭仍然完好。因此，本工程選用球齒鉆頭進行鉆孔操作。

3.2 掘進設備的選型

結合水平大巷道的掘進任務及地質條件，為其配置的掘進設備及其配套設備的選型結果見表4。

表4 掘進設備的選型配套

實踐表明：對巷道進行優(yōu)化支護后且采用液壓鉆機和錨桿鉆機進行錨眼的鉆進后，加快了巷道的支護速度，同時參與掘進支護的工作人員數(shù)量也減少了。同時，本方案選用球齒鉆頭對錨桿進行鉆進，提升了鉆孔速度，極大地縮短了鉆孔時間，為巷道快速掘進奠定基礎。

4 結論

1）由于良莊煤礦水平大巷道原支護方案的錨桿和錨索布置密度過大，導致支護效率低。因此，將錨桿與錨索的間距與排距增加，實現(xiàn)在保證對巷道圍巖穩(wěn)定性控制不變的基礎上，提高巷道支護效率。

2）為巷道掘進配置球齒鉆頭對錨眼進行鉆孔，大大提升了鉆孔速度；同時，配置的液壓鉆機和鑿巖機也極大地提升了巷道的支護效率，為保證巷道的掘進效率奠定基礎。