劉俊杰

（陽煤集團(tuán)開元公司生產(chǎn)技術(shù)部， 山西 壽陽 045400）

隨著科技的發(fā)展和技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，煤礦井下的綜采作業(yè)效率不斷提高，井下巷道的掘進(jìn)效率逐漸成為制約煤礦綜采效率進(jìn)一步提升的瓶頸[1]。本文以陽煤集團(tuán)開元公司井下巷道地質(zhì)情況為基礎(chǔ)，其9714 進(jìn)風(fēng)巷，長度1 360 m，寬度5 m，高度3.7 m，煤礦井下的煤層厚度在3.4～5.8 m 之間，煤層的平均厚度約為4.6 m，煤層的傾角在2.1°～11.9°之間，平均傾角約為7.1°，巷道頂板以沙巖和泥巖為主，在巷道的底部主要是以西沙巖為主，整體結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、煤層和巖層之間穩(wěn)定性較差，頂板破碎度較高，屬于易垮落頂板結(jié)構(gòu)。由于該礦井下地質(zhì)條件的特殊性，導(dǎo)致采用傳統(tǒng)的支護(hù)和井下掘進(jìn)工藝時(shí)，存在著支護(hù)穩(wěn)定性差、效率低下、掘進(jìn)作業(yè)過程中頂板開放時(shí)間長，易垮落的難題，給煤礦井下的掘進(jìn)作業(yè)造成了較大的櫻花，因此本文針對性的提出了巷道掘進(jìn)優(yōu)化方案，通過掘進(jìn)機(jī)截割工藝優(yōu)化、多工序平行作業(yè)工序優(yōu)化、機(jī)載臨時(shí)支護(hù)優(yōu)化等，建立了一套適應(yīng)于該礦特殊地質(zhì)條件的掘進(jìn)新工藝，根據(jù)在陽煤集團(tuán)開元公司的實(shí)際應(yīng)表明，優(yōu)化后極大的提升了巷道掘進(jìn)速度，對提升煤礦綜采作業(yè)安全性和經(jīng)濟(jì)性具有極大的作用。

1 巷道掘進(jìn)工藝的優(yōu)化研究

隨著綜采作業(yè)的進(jìn)行，煤礦井下巷道的掘進(jìn)深度和難度不斷的增加，而且掘進(jìn)深度越大巷道圍巖的不穩(wěn)定性和應(yīng)力多變性就越突出[2]，因此需要根據(jù)煤礦井下的實(shí)際地質(zhì)情況選擇合適的掘進(jìn)工藝方案，才能最大限度的降低對圍巖穩(wěn)定性的影響，減少施工作業(yè)時(shí)間，提高井下巷道的掘進(jìn)效率和掘進(jìn)質(zhì)量。根據(jù)陽煤集團(tuán)開元公司井下的實(shí)際情況，本文提出了以下掘進(jìn)施工工藝。

1.1 掘進(jìn)機(jī)截割工藝優(yōu)化

由于井下巷道頂板結(jié)構(gòu)完整性差，在按照成熟的中心進(jìn)刀、四周拓展的掘進(jìn)工藝進(jìn)行時(shí)極易出現(xiàn)頂板的垮塌，不僅影響巷道掘進(jìn)質(zhì)量而且對井下掘進(jìn)作業(yè)人員的安全造成了較大的隱患。在經(jīng)過對巷道頂板結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化情況長期監(jiān)測和驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，提出了一種跨越式截割的掘進(jìn)截割新技術(shù)，其在進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)將掘進(jìn)面分為兩個(gè)部分，首先對頂板圍巖破碎度高的一側(cè)進(jìn)行截割（截割寬度占掘進(jìn)面的1/3），然后再對另一側(cè)的部分進(jìn)行截割，這樣能夠有效的減少掘進(jìn)作業(yè)過程中的空頂時(shí)間，減少頂板的垮落，顯著提升掘進(jìn)穩(wěn)定性和安全性，其結(jié)構(gòu)路徑結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 井下掘進(jìn)截割路徑示意圖

1.2 多工序平行作業(yè)

由于煤礦井下巷道的支護(hù)作業(yè)所占用的時(shí)間占據(jù)了巷道掘進(jìn)作業(yè)總時(shí)間的50%以上，若按常規(guī)的順序作業(yè)的方式，完全無法縮短井下的綜采作業(yè)時(shí)間，因此本文結(jié)合掘進(jìn)作業(yè)時(shí)的全工序要求，對各個(gè)工序的開展周期、開展要求等進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，提出了多工序平行作業(yè)的掘進(jìn)技術(shù)方案。為了在確保支護(hù)安全和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上最大限度的縮短支護(hù)作業(yè)時(shí)間，在經(jīng)過多次驗(yàn)證后本文采用了一種滯后迎頭一段距離的弱化支護(hù)時(shí)間方案[3]，該方案的核心在于對頂板和巷道的兩個(gè)頂角位置設(shè)置錨桿，對最容易受力失穩(wěn)的兩個(gè)部分進(jìn)行支護(hù)，然后沿著掘進(jìn)作業(yè)面將錨桿設(shè)置在距離迎頭約為20 m 的位置，且該部分錨桿在掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)后安裝，不影響正常的掘進(jìn)作業(yè)，通過該支護(hù)方案能夠極大的降低永久支護(hù)所需的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了與掘進(jìn)機(jī)的同步作業(yè)，錨桿支護(hù)時(shí)間縮短了50%以上。并且在支護(hù)的過程中可以同步對皮帶機(jī)檢修、掘進(jìn)機(jī)維護(hù)等進(jìn)行同步作業(yè)，各開展同步作業(yè)的工序如圖2 所示。

圖2 多工序平行作業(yè)示意圖

2 機(jī)載臨時(shí)支護(hù)方案

掘進(jìn)機(jī)在進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，井下巷道的臨時(shí)支護(hù)多采用單項(xiàng)立柱支護(hù)，該支護(hù)方式工藝復(fù)雜、支護(hù)強(qiáng)度低，無法抵御大范圍的沖擊地壓的影響，使煤礦頂板易發(fā)生破碎，嚴(yán)重者甚至發(fā)生冒頂事故，嚴(yán)重影響了井下掘進(jìn)安全和效率。因此為了提升井下臨時(shí)支護(hù)的可靠性，降低臨時(shí)支護(hù)作業(yè)周期，本文提出了一種新的記載臨時(shí)支護(hù)方案。

機(jī)載臨時(shí)支護(hù)的核心是設(shè)置一組機(jī)載前探梁[4]，在進(jìn)行探梁設(shè)置時(shí)為了確保安全，該前探梁以長度為4 500 mm，直徑為80 mm 的鋼管構(gòu)成，前探梁和巷道頂網(wǎng)之間要采用木板支護(hù)，木板的規(guī)格可采用1 600 mm×20 mm×20 mm，確保各木板之間連接的嚴(yán)密性，該臨時(shí)支護(hù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于很好的克服了傳統(tǒng)的支護(hù)效率低、穩(wěn)定性差的難題，能夠和多工序平行作業(yè)相結(jié)合，與傳統(tǒng)的支護(hù)方式相比，該機(jī)載臨時(shí)支護(hù)方案可將支護(hù)效率提升17%以上，機(jī)載前探梁的截割如圖3 所示。

圖3 機(jī)載前探梁結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié)論

針對陽煤集團(tuán)開元公司9714 進(jìn)風(fēng)巷巷道地質(zhì)條件差、支護(hù)穩(wěn)定性差、效率低下、掘進(jìn)作業(yè)過程中頂板開放時(shí)間長，易垮落的難題，本文針對性的提出了掘進(jìn)機(jī)截割工藝優(yōu)化、多工序平行作業(yè)工序優(yōu)化、機(jī)載臨時(shí)支護(hù)優(yōu)化方案，建立了一套適應(yīng)于該礦特殊地質(zhì)條件的掘進(jìn)新工藝，根據(jù)研究表明：

1）針對頂板易碎巷道，應(yīng)先對頂板圍巖破碎度高的一側(cè)進(jìn)行截割，然后再對另一側(cè)的部分進(jìn)行截割，這樣能夠有效的減少掘進(jìn)作業(yè)過程中的空頂時(shí)間，減少頂板的垮落，顯著提升掘進(jìn)穩(wěn)定性和安全性。

2）滯后迎頭一段距離的弱化支護(hù)時(shí)間方案能夠極大的降低永久支護(hù)所需的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了與掘進(jìn)機(jī)的同步作業(yè)，錨桿支護(hù)時(shí)間縮短了50%以上。并且在支護(hù)的過程中可以同步對皮帶機(jī)檢修、掘進(jìn)機(jī)維護(hù)等進(jìn)行同步作業(yè)。

3）與傳統(tǒng)的支護(hù)方式相比，機(jī)載臨時(shí)支護(hù)方案可將支護(hù)效率提升17%以上，且支護(hù)穩(wěn)定性和可靠性均比傳統(tǒng)臨時(shí)支護(hù)方案有顯著的提升。