張耀輝

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)新大地公司，山西 和順 032700）

近些年來，我國礦井井下機(jī)電設(shè)備發(fā)展從綜合機(jī)械化、自動化逐漸向智能發(fā)方向發(fā)展，在陜西、內(nèi)蒙古以及山西等煤層賦存條件較好的一些礦井已率先實(shí)現(xiàn)采掘作業(yè)智能化控制，顯著提升了井下采掘作業(yè)效率[1-3]。對于一些生產(chǎn)條件相對好的礦井，采用連采機(jī)或者錨掘一體機(jī)等設(shè)備進(jìn)行巷道掘進(jìn)可顯著提升巷道掘進(jìn)進(jìn)尺，但是不同礦區(qū)、不同礦井回采煤層賦存條件存在較大變化，連采機(jī)或者錨掘一體機(jī)等設(shè)備在巷道掘進(jìn)中應(yīng)用并不廣泛?，F(xiàn)階段，巷道最為常用的掘進(jìn)方式仍以綜掘?yàn)橹?，綜掘巷道掘進(jìn)過程中制約巷道掘進(jìn)效率的主要因素為掘進(jìn)、支護(hù)無法同步開展，巷道支護(hù)占據(jù)整個掘進(jìn)耗時60%以上[4-7]。以山西某礦3506 運(yùn)輸巷掘掘進(jìn)為例，采用綜掘掘進(jìn)時每個循環(huán)進(jìn)尺2 m，其中截割、臨時支護(hù)耗時分別為55 min、15 min，巷道支護(hù)（錨桿、錨索）耗時為90 min，支護(hù)耗時（巷道支護(hù)+臨時支護(hù)）幾乎達(dá)到截割耗時的2 倍以上。因此，若能提高綜掘巷道支護(hù)效率、降低支護(hù)耗時勢必會顯著提升巷道掘進(jìn)效率。

為此，本文以山西某礦3508 運(yùn)輸巷掘進(jìn)為工程實(shí)例，對礦井單巷快速掘進(jìn)技術(shù)展開研究，以期為其他巷道快速掘進(jìn)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

山西某礦3508 開采5 號煤層，煤層厚度介于0.94～8.31 m，平均厚度煤4.57 m、傾角5°～9°，煤層結(jié)構(gòu)較為簡單，為全區(qū)可采煤層。5 號煤層較為堅硬，硬度介于2～3 間。5 號煤層基本頂為平均厚度12.49 m 的中粗砂巖，巖層硬度、抗壓強(qiáng)度分別為5.9、50.69 MPa，為中硬巖層；直接頂為平均厚度3.11 m 細(xì)砂巖，巖層硬度、抗壓強(qiáng)度分別為6～9、47.6 MPa，為中硬巖層；直接底為厚度1.09 m 泥巖，巖層硬度、抗壓強(qiáng)度分別為2～3、9.2～13.9 MPa，為松軟巖層；基本底為平均厚度3.12 m 細(xì)粒砂巖，巖層硬度、抗壓強(qiáng)度分別為7～9、50.6 MPa，為中硬巖層。

3508 工作面采用傳統(tǒng)的U 型通風(fēng)方式，一進(jìn)一回，其中運(yùn)輸巷設(shè)計斷面為矩形，掘進(jìn)高度、寬度分別為5.5 m、3.8 m，采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)方式，掘進(jìn)長度為2 069 m，巷道整體位于一單斜構(gòu)造背側(cè)。

2 礦井單巷快速掘進(jìn)技術(shù)

2.1 快速掘進(jìn)設(shè)備配備

在3508 運(yùn)輸巷掘進(jìn)時使用滑移支架（型號ZLH2×1040/30/44）進(jìn)行支護(hù)，該滑移支架額定工作阻力為28 MPa（2×1 040 kN）、初撐力為20 MPa（2×760 kN）支撐寬度為5.3 m、高度介于3.0～4.4 m，支架支護(hù)長度為10.0 m、移架步距為1.0 m。在巷道掘進(jìn)迎頭布置2 組滑移支架進(jìn)行支護(hù)（支護(hù)長度共計20 m），且2 組滑移支架間搭接距離為2.5 m。

掘進(jìn)機(jī)在滑移支架保護(hù)下掘進(jìn)，隨著綜掘機(jī)不斷推進(jìn)，滑移支架按照邁步式組合方式前移。通過滑移支架不斷前移可實(shí)現(xiàn)回采巷道綜掘機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等均處于支架保護(hù)下。在3508 運(yùn)輸巷內(nèi)配備型號CMM5-30Y 液壓錨桿鉆車，該鉆場可實(shí)現(xiàn)寬、高分別為5.9 m、3.74 m 巷道支護(hù)，并可騎垮高度1.0 m 以內(nèi)、寬度2.1 m 以內(nèi)的帶式輸送機(jī)。將運(yùn)輸巷錨桿、錨索永久支護(hù)置于支架尾部施工，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸巷機(jī)械化、連續(xù)化掘進(jìn)以及支護(hù)。

2.2 掘進(jìn)及支護(hù)工藝

1）巷道掘進(jìn)采用型號EBZ-260 綜掘機(jī)破巖，循環(huán)進(jìn)尺為2.0 m，且可自動清理浮煤，將前探梁向上旋轉(zhuǎn)貼緊回采巷道頂板巖面可實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)迎頭臨時支護(hù)。

2）確保主架中第2、第4 道橫梁鉸接縱梁緊密接頂，回收副架4 根立柱后以主架第2 橫梁為支撐通過千斤頂實(shí)現(xiàn)副架前移1.0 m，前移到位后及時伸出副架立柱并鉸接縱梁支護(hù)頂板。主架以及副架前移過程一致，支架移動到位后技術(shù)伸出立柱對頂板進(jìn)行支護(hù)。

3）在綜掘機(jī)破煤巖過程中，使用CMM5-30Y 液壓錨桿鉆車由支架尾部向掘進(jìn)迎頭方向依次施工永久支護(hù)。當(dāng)運(yùn)輸巷頂板巖層條件較差時，先由人工對支架支撐位置施工錨桿進(jìn)行支護(hù)，后續(xù)未完成錨桿、錨索則由液壓錨桿鉆車進(jìn)行施工。

2.3 支護(hù)參數(shù)設(shè)計

3508 運(yùn)輸巷沿著5 號煤層頂板掘進(jìn)，巷道埋深平均為360 m。采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式，具體支護(hù)參數(shù)見圖1 所示。

圖1 巷道支護(hù)參數(shù)（mm）

巷道頂板采用7 根錨桿（Φ22 mm×2 600 mm）按照0.85 m×1.0 m 間排距布置，頂錨桿預(yù)緊力控制在300 N·m 以上；布置3 根錨索（Φ21.6 mm×5 500 mm）按照2.55 m×2.0 m 間排距布置，兩排錨索呈三花眼型，頂錨索預(yù)緊力控制在200 kN 以上。巷道煤柱幫、采面幫分別采用螺紋鋼錨桿、玻璃鋼錨桿支護(hù)，錨桿規(guī)格均為Φ20 mm×2 100 mm，間排距均為1.0 m×2.0 m，巷幫錨桿預(yù)緊力控制在70 N·m 以上；在巷幫距離底板2.0 m 處均布置一根Φ21.6 mm×3 500 mm 錨索并按照2.0 m 間距布置。具體運(yùn)輸巷圍巖支護(hù)設(shè)計見圖1 所示。

3 單巷快速進(jìn)效果分析

在3508 運(yùn)輸巷采用單巷快速掘進(jìn)技術(shù)后，巷道月掘進(jìn)進(jìn)尺平均達(dá)到405 m，其中在4 月以及5 月，月掘進(jìn)進(jìn)尺分別可達(dá)到456 m、473 m，單日最高掘進(jìn)進(jìn)尺可達(dá)到25 m。同時隨著掘進(jìn)作業(yè)人員對掘進(jìn)工序、設(shè)備等熟練程度增加，預(yù)計后續(xù)掘進(jìn)進(jìn)尺仍會有一定程度提升。

通過采用單巷快速掘進(jìn)技術(shù)，運(yùn)輸巷破煤、圍巖支護(hù)等工作實(shí)現(xiàn)同步開展，巷道掘進(jìn)、支護(hù)等工作均在ZLH2×1040/30/44 滑移支架掩護(hù)下開展，安全系數(shù)較高。

4 結(jié)論

巷道快速掘進(jìn)對提升礦井生產(chǎn)效率、緩解礦井采掘接替緊張局面具有重要意義。山西某礦采用綜掘方式掘進(jìn)巷道，受到掘進(jìn)、支護(hù)無法平行開展影響，導(dǎo)致巷道掘進(jìn)效率較低。為此，提出使用將ZLH2×1040/30/44 滑移支架、CMM5-30Y 液壓錨桿鉆車應(yīng)用到巷道圍巖支護(hù)中，綜掘機(jī)掘進(jìn)以及CMM5-30Y液壓錨桿鉆車支護(hù)圍巖等均在滑移支架保護(hù)中，從而實(shí)現(xiàn)綜掘機(jī)破巖、圍巖支護(hù)的同步開展。

現(xiàn)場工程應(yīng)用后，3508 運(yùn)輸巷月掘進(jìn)進(jìn)尺平均可達(dá)到405 m，同時隨著掘進(jìn)作業(yè)人員操作熟練度的不斷增加預(yù)計后續(xù)巷道掘進(jìn)進(jìn)尺仍有一定提升空間。傳統(tǒng)的綜掘方式下，巷道掘進(jìn)進(jìn)尺一般在300 m以內(nèi)，巷道快速掘進(jìn)技術(shù)可提升掘進(jìn)進(jìn)尺25%以上，取得較好的應(yīng)用成果。