煤矿大断面巷道快速掘进与支护技术研究

煤矿大断面巷道快速掘进与支护技术研究

洪海洋

河南神火煤电股份有限公司，河南 永城 476600

摘要：针对大断面巷道通常存在埋深较深、地应力大，采掘区域地质构造相对较复杂，较难控制巷道围岩以及巷道掘进效率偏低的问题，基于巷掘进工程概况，改进优化了该断面巷道的掘进与支护工艺，形成了适应该巷道地质概况的快速掘进与支护技术。现场应用结果表明，经改进巷道掘进效率提升了28%左右，支护效果也更佳，保障了矿井的安全高效生产。

关键词：煤巷地质；掘进；支护技术

1煤矿巷掘进概况

以某煤矿为例，其设计生产能力可以达到750Mt/年。在对薄煤进行掘进的过程汇总，巷道的掘进速度能够达到要求，可是对于厚煤层而言，其掘进速度相对缓慢，通常每年掘进的速度不到4000m，进而不能满足矿井生产的需要。由此可以看出，在分析厚煤层掘进速度时，通常需要探究工作面地质、掘进以及支护条件等，从而可以更好地优化巷道掘进快速与支护。巷道沿着3号煤层底板进行掘进作业时，经过测算发现煤层f数值在2~3范围内，厚度取值在8.2~9.4m之间，在煤层顶端位置是粉砂岩其厚度可以达到4.2m。

2巷道掘进地质与施工技术

2.1地质概况以及相应的掘进技术

经过调查发现该煤层深度相对较深，同时地质结构相对复杂，地质结构起伏，从而给巷道的快速掘进以及支护产生了制约。在进行掘进的过程中，通常可以选用短掘短支方式，与此同时需要借助高强度的支护形式，从而能够有效地对巷道围岩进行控制，从而大大提高围岩的稳定性，可是巷道掘进时出现断面较大时，那么将增加巷道掘进的工作难度。与此同时，对于围岩控制而言，往往需要增加过多的锚杆以及锚索，因此将消耗一定的时间，进而降低工作效率。

2.2掘进支护劳动作业条件分析

由于在井下作业时，当前所采用的机械化程度相对较低，在对巷道临时支护时，往往需要增加更多的前探梁。与此同时需要借助单体锚杆钻钻孔，同时需要设置锚杆以及锚索作为永久支护。

3施工工艺存在的问题

3.1施工工艺问题分析

1）原支护密度过大，会形成冗余支护。在进行支护设计时，满足基本的支护条件即可，以减少支护的时间，减少不必要的浪费，降低原支护的冗余程度，降低工时，提高效率。2）井下煤仓的容量有限，一旦负荷达到警戒线，给煤机停止运转，盘区皮带、大巷皮带也一并停机不再工作，这会导致巷道掘进作业煤流不能外运，巷道掘进工作也就会停滞，导致截割时间加长。3）井下地质条件的分析过于简单，使得最大控顶距和最小空顶距未明确，在巷道掘进时盲目性大。4）盘区没有设备配件库房，发生机电事故时需要从地面库房配置再运至井下，导致机组皮带机等电气设备检修时长大大增加。

3.2组织措施方面问题分析

1）由于掘进作业人员普遍年龄较大、文化水平较低，多数施工人员未受过专业知识培训，导致井下各工种的操作熟练度参差不齐，作业时间出现较大的差异。2）生产班组的交接时间对应不上，掘进作业与支护作业不能平行进行也不能流水施工，由此致使上一班组不能为下班提供连续化的施工条件，在时间上造成较大的浪费。

4巷道快速掘进以及相应的支护技术

4.1应用条件

在对矿井地质以及相应的开采情况进行分析可以发现，在提高巷道掘进以及相应的支护效率方面，往往可以从如下几个方面入手[1-2]：第一，在不出现安全隐患的条件下，可以适度地降低支护强度，并且对支护参数进行优处理，从而可以避免不必要的支护时间，从而可以提高工作效率；第二，在巷道临时支护以及永久支护过程中，可以融入自动化的理念，进而能够提高安装以及拆除支护的效率；第三，优巷道掘进与支护流程，使得支护与掘进保持同步。

4.2快速掘进以及对应的支护技术

4.2.1厚煤层快速掘进工艺

对于厚煤层掘进时，可以选择应用在空巷到掘进的机械化临时支护以及相应的掘进设，与此同时可以依据现场支护的需要对现有的设备进行优化，从而能够得到性能优良的掘进与临时支护设备。通过巷道掘进的过程中，配置了综掘机相配备的ZLJ-20/21机载临时支护机械，其能够达到空顶区临时快速临时支护的效果。经过工程实践发现，其可以保证空顶区域的安全性、快速支护，使得综掘工作面位置的掘进、支护以及锚等工作的有序进行，从而可以大大提高综采设备的自动化水平。

4.2.2优化大断面巷道支护

通过对临时支护工作面支护进行计算，进而优化巷道掘进参数，最终可以得到巷道支护的有效参数。将断面形式改为梯形断面，同时在巷道两帮位置设置92°扎角，掘进断面的净面积可以达到18.62m²。在巷道支护的过程中，可以锚杆排距设定为0.9~1.1m范围内。对于巷帮而言，所选用的排距设定为1.7m×1.8m。对于巷道而言，可以选用锚网索的形式进行支护，其参数如下所示：所选用的顶板支护锚杆为螺纹钢锚杆，规格为Φ22mm×2.4m，相应的排距间隔为0.75m×0.9m。通常在巷道顶板中间位置设置1根锚索补强支护，其规格为Φ22mm×8.5m。在巷帮位置设置了5根锚杆进行支护，其中在h位置设置的锚杆参数为Φ20mm×1.0m，剩下的四根锚杆参数为Φ20mm×2.0m。对于巷帮锚杆而言，都选用螺纹钢锚杆，其间距设定为0.85m×0.9m。对于护巷煤柱顶板而言，可以在其下方是指一个锚索，其规格为Φ22mm×5.0m，设置的仰角范围为25°~30°之间。在位于巷帮中间位置可以一个锚索，其规格为Φ22mm×3.5m。对于实体煤帮间距而言，可以在1.7m位置设置两个锚索，其规格选为Φ22mm×8.5m。

4.2.3掘进支护平行作业

为了能够有效地使得掘进与支护相结合，因此可以使用掘进与支护平行的工作流程，从而能够提高掘进效率。与此同时可以有效地避免因支护对掘进工作效率产生影响，以此需要依据掘进巷道的工况，实施大断面巷道多级支护，主要包括如如下三个环节：临时支护、及时支护、滞后支护。与此同时可以确定各个支护的时间、间距以及强度。在对巷道进行支护的过程中，假如巷道顶板围岩处于稳定的状态时，可以选用机载临时支护装置，从而可以在空顶巷道上迅速的设置两排钢带。同时需要在巷帮施工上方设置两个锚杆，在掘进施工时都要设置一次。假如巷道掘进时，所经过的地质相对松软，那么巷帮锚杆需要紧跟掘进迎头。

4.3应用效果

经过在巷进行工程实践发现，对掘进与支护技术进行优化后，能够大大提高巷道掘进的效率，掘进尺度提高了90m。通过对围岩参数监控发现，顶底板位移量可以达到165.3mm，而相应的巷道位移量可以达到296.4mm。在工作的过程中该巷帮围岩变化量在350~843mm之间，因此可以满足工程需要。

4.4其他工艺优化

1. 煤流运输系统优化：对井下煤流运输系统进行优化设计，主要运输大巷使用高速强力皮带，以此提高煤流运输能力，保证采掘作业质量。2）设置井下材料设备仓库：在井下盘区运输大巷处设置井下材料设备仓库，保证一旦出现机电设备事故能快速处理，防止机电事故发生而影响掘进速度。3）强化人员素质：加大井下作业人员的培训力度，通过技术比武等形式调动人员工作技能提升的积极性。4）加大考核力度，奖励机制：对表现进尺高质量优的班组进行奖励，对进尺少质量差的班组加大考核，由带班队长对各工种进行打分，对提出技术革新、优化操作的员工给予奖励。

结束语

我国当下的煤矿井下生产中，井下采掘作业时有接续不达标的状况，这会造成井下生产系统接续紊乱，矿井标准化程度低，生产不正常，工人工作效率低等问题。我们针对采掘接替问题进行了系统的研究，对其中的主观与客观因素进行了具体分析，制定了新的技术方案，重点是对掘进作业进行了优化，使得井下生产系统的接续作业更加系统高效。

参考文献

[1]李洋，袁文生，类成楠.大断面长距离全岩巷道综合机械化掘进作业线的创建[J].山东煤炭科技，2020（11）：66-68.

[2]王兴，杜广立.液压掘进钻车机械化作业线在大断面岩巷快速掘进中的应用[J].能源技术与管理，2020（4）：22-24.

[3]陈海洋，任培良.突出矿井岩巷大断面综掘机快速掘进工艺优化与应用[J].能源与环保，2020（5）：77-79.