魏海礁

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300）

0 引言

近幾年，在礦井開采中隨著先進(jìn)的、大功率機(jī)電設(shè)備應(yīng)用推廣，煤炭生產(chǎn)效率及安全保障能力等均得以明顯提升[1-2]。相對(duì)于煤炭開采技術(shù)、設(shè)備而言，巷道掘進(jìn)技術(shù)及設(shè)備仍有較大的提升空間，采面推進(jìn)速度快而巷道掘進(jìn)速度、掘進(jìn)工程量大等導(dǎo)致礦井普遍面臨采掘接替緊張問題[3]。特別是巷道在弱黏結(jié)復(fù)合頂板條件下掘進(jìn)時(shí)，巷道掘進(jìn)效率更低，掘進(jìn)速度較慢[4-6]。以山西某礦31106 運(yùn)輸巷掘進(jìn)為工程背景，巷道頂板為復(fù)若黏結(jié)復(fù)合頂板，針對(duì)制約巷道快速掘進(jìn)因素進(jìn)行分析，并給出掘進(jìn)工藝及支護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)了巷道快速掘進(jìn)。

1 31106 運(yùn)輸巷概況

山西某礦設(shè)計(jì)產(chǎn)能380 萬t/a，回采煤層包括2號(hào)、3 號(hào)、7 號(hào)、11 號(hào)及12 號(hào)等，礦井為高瓦斯礦井，正常生產(chǎn)期間絕對(duì)、相對(duì)瓦斯涌出量分別為36m3/min、7.1m3/t?，F(xiàn)生產(chǎn)集中在11 號(hào)煤層，11 號(hào)煤厚7.3m、傾角3°～10°，煤層中有3～5 層碳質(zhì)泥巖、泥巖夾矸，厚度合計(jì)0.5～1.7 m。31106 運(yùn)輸巷沿著11 號(hào)煤層頂板掘進(jìn)，長度2890 m，采用綜掘方式，使用綜掘機(jī)型號(hào)為EBZ-100E，圍巖采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式。根據(jù)已有地質(zhì)資料顯示，在31106 運(yùn)輸巷掘進(jìn)范圍內(nèi)11 號(hào)煤層基本頂為粉砂巖，質(zhì)地較為密實(shí)，厚度均值2.38 m，部分區(qū)域夾雜有菱鐵質(zhì)薄層結(jié)構(gòu)；直接頂為泥巖、細(xì)砂巖復(fù)合頂板，泥巖裂隙發(fā)育且含植物化石，細(xì)砂巖主要成分為石英砂，并含有一定量長石，直接頂厚度均值4.2 m；偽頂為0.3～0.9 m 泥巖、碳質(zhì)泥巖，強(qiáng)度較低；直接底為泥巖，厚度3.5 m；基本底為石灰?guī)r，厚度10.8 m，堅(jiān)硬。

31106 運(yùn)輸巷在掘進(jìn)過程中受現(xiàn)場條件制約，巷道實(shí)際掘進(jìn)進(jìn)尺僅為180 m/月，通過分析發(fā)現(xiàn)制約巷道掘進(jìn)效率提升的因素為：31106 運(yùn)輸巷所在區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，預(yù)計(jì)掘進(jìn)期間會(huì)揭露多條落差介于0.8～3.6 m 斷層，在斷層影響區(qū)會(huì)影響掘進(jìn)速度；運(yùn)輸巷沿著11 號(hào)煤層頂板掘進(jìn)，而煤層頂板為典型的復(fù)合頂板，整體結(jié)構(gòu)不太完整，導(dǎo)致巷道在掘進(jìn)期間容易出現(xiàn)冒頂、片幫以及圍巖變形量大等問題；復(fù)合頂板會(huì)給31106 運(yùn)輸巷成型帶來影響，在頂板結(jié)構(gòu)影響下巷道掘進(jìn)工作開展難度較高，導(dǎo)致巷道無法實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)。

2 31106 運(yùn)輸巷快速掘進(jìn)優(yōu)化

2.1 掘進(jìn)設(shè)備選型優(yōu)化

合適的掘進(jìn)設(shè)備是保障巷道快速掘進(jìn)的基礎(chǔ)，在選用掘進(jìn)設(shè)備時(shí)應(yīng)綜合考慮下述因素：掘進(jìn)設(shè)備應(yīng)具備較好的經(jīng)濟(jì)性，且設(shè)備與井下現(xiàn)有的運(yùn)輸?shù)容o助設(shè)備配套；掘進(jìn)設(shè)備應(yīng)有一定的富裕度，以便保證不同設(shè)備間可合理配合，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)；由于31106 運(yùn)輸巷掘進(jìn)區(qū)域地質(zhì)條件、頂板條件相對(duì)較為復(fù)雜，因此選用的掘進(jìn)機(jī)應(yīng)在截割深度、功率及截割高度等方面有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，具備有較快掘進(jìn)速度及靈活性[7-9]。

根據(jù)上述分析并結(jié)合礦井現(xiàn)場情況、掘進(jìn)設(shè)備配備情況，決定在31106 運(yùn)輸巷選用EBZ200 掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，該掘進(jìn)機(jī)具備有較好的爬坡性能、截割齒破巖效率高、智能化程度高，同時(shí)設(shè)備運(yùn)行時(shí)發(fā)熱量低、日常維護(hù)及檢修工作量小，可大幅減少設(shè)備故障引起的掘進(jìn)停止問題。

2.2 快速掘進(jìn)工藝

2.2.1 截割工藝優(yōu)化

掘進(jìn)用的EBZ200 掘進(jìn)機(jī)截割齒排列緊密，設(shè)備運(yùn)行工況可達(dá)到325 kW，能有效提升掘進(jìn)破煤巖效率。綜掘機(jī)截割效率與截割進(jìn)刀路徑有密切關(guān)聯(lián)。因此針對(duì)頂板條件相對(duì)較好、頂板破碎兩種條件采用不同的截割路徑，以便進(jìn)一步提升截割效率。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件變化選用合適截割路徑，具體如圖1 所示。當(dāng)掘進(jìn)區(qū)域內(nèi)巷道圍巖條件相對(duì)較高，則綜掘機(jī)截割部采用中心進(jìn)刀后逐步向四周刷擴(kuò)方式掘進(jìn)，具體截截割路徑如圖1-1 所示；當(dāng)掘進(jìn)區(qū)頂板破碎、穩(wěn)定性較差時(shí)，將截割面劃分前后順序并逐漸截割，通過減少截割過程中頂板空頂及懸空面積，提高掘進(jìn)安全性同時(shí)不會(huì)給巷道掘進(jìn)效率產(chǎn)生明顯影響，具體截割工藝為：先截割掘進(jìn)面1/3 寬度，此部分截割完成后再截割剩余部分，截割路徑如圖1-2 所示。

2.2.2 作業(yè)工序優(yōu)化

對(duì)以往巷道掘進(jìn)作業(yè)過程進(jìn)行分析，在巷道掘進(jìn)時(shí)支護(hù)耗時(shí)占整個(gè)掘進(jìn)時(shí)間50%以上，若對(duì)作業(yè)工序進(jìn)行優(yōu)化，在巷道支護(hù)時(shí)平行開展其他一些工作，即可顯著提升巷道掘進(jìn)效率。巷道支護(hù)時(shí)錨桿及錨網(wǎng)支護(hù)施工相對(duì)簡單，但是在錨桿安裝時(shí)需暫停掘進(jìn)作業(yè)，在對(duì)作業(yè)工序進(jìn)行優(yōu)化時(shí)可對(duì)巷道圍巖中容易失穩(wěn)位置進(jìn)行支護(hù)，其余位置支護(hù)則支護(hù)迎頭10～20 m開展，從而實(shí)現(xiàn)部分支護(hù)與掘進(jìn)工作平行開展，降低支護(hù)對(duì)掘進(jìn)影響，實(shí)現(xiàn)不同工序交叉平行作業(yè)，具體工作安排如圖2 所示。在幫錨桿施工時(shí)可平行開展延長帶式輸送機(jī)工作、在掘進(jìn)機(jī)維護(hù)期間可延伸供電電纜等，通過多工序平行作業(yè)，提高工作效率。

圖2 多工序平行作業(yè)示意圖

2.3 掘進(jìn)支護(hù)工藝優(yōu)化

巷道采用錨桿支護(hù)圍巖，采用的圍巖支護(hù)技術(shù)耗時(shí)長，難以滿足31106 運(yùn)輸巷高效掘進(jìn)需要，同時(shí)31106 運(yùn)輸巷頂板為弱黏結(jié)復(fù)合頂板，在掘進(jìn)時(shí)頂板冒落風(fēng)險(xiǎn)較高，導(dǎo)致臨時(shí)支護(hù)耗時(shí)長且管理難度高，后續(xù)頂板錨網(wǎng)容易形成網(wǎng)兜。為此，對(duì)31106 運(yùn)輸巷采用的支護(hù)工藝進(jìn)行優(yōu)化，具體支護(hù)方案為：首先在巷道迎頭頂板布置7 根錨桿，將巷道頂板最大空頂距控制在2 m 以內(nèi)；巷幫8 根錨桿滯后掘進(jìn)迎頭10 m開始，降低巷幫錨桿施工對(duì)掘進(jìn)影響；頂板錨索之后掘進(jìn)迎頭20 m 開始，降低頂板錨索施工對(duì)掘進(jìn)影響，具體巷道支護(hù)斷面如圖3 所示。

2.4 作業(yè)循環(huán)優(yōu)化

在巷道掘進(jìn)時(shí)需消耗大量的人力及物力資源，且工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度較大，雖然綜掘設(shè)備應(yīng)用可在一定程度降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，但是工作人員作業(yè)效率會(huì)明顯影響掘進(jìn)效率。結(jié)合31106 運(yùn)輸巷現(xiàn)場地質(zhì)條件、掘進(jìn)隊(duì)人員配置等情況，巷道掘進(jìn)采用“三·八”作業(yè)循環(huán)方式，中班及晚班進(jìn)行掘進(jìn)及圍巖支護(hù)，早班進(jìn)行檢修及設(shè)備維護(hù)，同時(shí)中班負(fù)責(zé)支護(hù)質(zhì)量檢查工，以便發(fā)現(xiàn)支護(hù)質(zhì)量問題及時(shí)處理，提高支護(hù)體系支護(hù)強(qiáng)度。

3 結(jié)論

對(duì)影響31106 運(yùn)輸巷快速掘進(jìn)因素進(jìn)行分析，巷道頂板為復(fù)合頂板以及掘進(jìn)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜是導(dǎo)致巷道掘進(jìn)效率不高的因素之一，同時(shí)掘進(jìn)設(shè)備、支護(hù)安排等也會(huì)在一定程度影響掘進(jìn)進(jìn)尺。為實(shí)現(xiàn)31106 運(yùn)輸巷高效掘進(jìn)，根據(jù)現(xiàn)場條件選用EBZ200 掘進(jìn)機(jī)破煤巖，充分發(fā)揮掘進(jìn)機(jī)可靠性強(qiáng)及功率大優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)掘進(jìn)截割進(jìn)刀、支護(hù)及循環(huán)作業(yè)方式等進(jìn)行優(yōu)化。在地質(zhì)條件較好、頂板較穩(wěn)定區(qū)域采用中間進(jìn)刀方式，實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)；在頂板破碎、穩(wěn)定性不佳區(qū)域則通過分部進(jìn)刀方式截割，便于提高頂板穩(wěn)定性并提高截割效率。頂板錨桿僅跟迎頭支護(hù)、巷幫錨桿滯后迎頭10～20 m、頂板錨索滯后迎頭20 m 支護(hù)，在滿足圍巖控制需要同時(shí)降低支護(hù)給掘進(jìn)影響?，F(xiàn)場應(yīng)用后，31106 運(yùn)輸巷掘進(jìn)進(jìn)尺可達(dá)到350 m/月，不僅可實(shí)現(xiàn)弱黏結(jié)復(fù)合頂板控制需要，而且提高了巷道掘進(jìn)效率。31106 運(yùn)輸巷耗時(shí)8.3 個(gè)月即可完成掘進(jìn)，可為31106 工作面早日投產(chǎn)爭取時(shí)間。