浅谈煤矿大断面岩石巷道快速掘进技术

浅谈煤矿大断面岩石巷道快速掘进技术

雍学舜

内蒙古乌海市公乌素煤业有限责任公司三号井内蒙古乌海016035

摘要：随着矿井采掘深度的不断延伸,在采掘生产过程中,受大断面全岩的影响巷道的掘进效率较其他类型巷道的掘进效率来讲比较低,严重影响了矿井的正常生产。结合矿井实际地质条件探寻出高效的大断面岩石巷道快速掘进技术显得非常重要。

关键词：煤矿；大断面；岩石巷道；快速掘进技术

1传统的大断面岩石巷道掘进技术

选取西山晋兴能源公司斜沟矿为研究对象,对该煤矿大断面岩石巷道掘进方法作如下分析。该煤矿大断面岩石巷道掘进过程中,以往主要以耙装机耙装矸石、钻爆破岩为主,掘进步骤涉及:交接班检查、临时支护、拱部锚网、喷浆、打部眼、倒矸、装矸、两帮锚网、喷帮部浆、打下部炮眼、装药放炮通风及完成交接班等,每一个步骤掘进30m左右,途中需停止掘进出矸与钉道,将管路延接及移耙装机等,难以一次性掘进,具体方法为:首先钻眼。该煤矿大断面岩石巷道设有115个炮眼,选两部气腿式凿岩机进行打眼,各炮眼耗时8min左右,打眼时长控制在4h左右,选6人打眼;其次,排矸、出矸。由于下山掘进距离的长度很长,这就会延长出矸时间,影响施工进度。若依照21m2断面,一茬炮的出矸量大约50矿车,依照每钩由两辆矿车来出矸,就需提升25次;最后,生产组织。出矿时绞车被矿车占用,难以把喷浆选用的混合料车定时运载待耙装机的后方,且出矸和喷浆难以保持平行作业,这也会影响施工进度,经统计每次循环大约会占用1d的时间。加之耙斗式的耙装机装岩难以一次成巷,未彻底装岩,影响施工效率。

2快速掘进技术

2.1超厚煤层中的LLTCC技术

在传统的综采放顶煤工作面中,采煤高度通常为3.0～3.5m。根据1:3的放顶率,常规放顶煤高度为9～10.5m。换句话说,最大采煤厚度为12～14m。对于厚度>14m的超厚煤层,如果掘进高度保持在3.0～3.5m,则会出现许多问题。例如,切割与崩落率太低(如果在20m厚的煤层中切割高度为3.5m,则为1:4.7)煤层很难塌陷,煤炭回收率很低。同时,由于煤层截面积有限,煤炭产量的增加将导致气体排放的增加和排出气体的困难。

为了克服上述问题,提出了一种LLTCC掘进方法,即将采煤高度提高到5m,顶煤采煤高度增加到15m,采煤总高度增加到20m。LLTCC掘进方法涉及到较高的采煤高度和较大的采掘空间,这将导致一些额外的问题,包括煤壁剥落,顶煤崩落困难和强地压。这些问题需要全面、深入和系统的研究和测试。

2.2构建三维空间结构模型

由于在煤层中通过掘进开采提取的煤层厚度较大,因此还应扩大地面控制范围。在顶煤放顶作业完成后,屋顶岩石不可能在短时间内塌陷并填充采空区。因此,直接形成“悬臂梁”,上部将形成稳定的“铰接梁”。换句话说,将在采煤工作面中形成“悬臂梁-铰接梁”。在一般情况下,上覆地层不仅仅遵循从下层到上层的移动,而是形成各种结构组合并随着一些定律移动。

已经开发出一种用于LLTCC面覆盖层的“悬臂梁-铰接梁”结构模型。需要控制的地层是无法进行自主支撑的地层。在顶媒上方,由塌陷岩石支撑的地层称为上部顶媒,具有“铰接梁”结构。满足Dj-DmB0条件的屋顶地层被定义为直接顶媒,而满足Dj-Dm0条件的顶媒地层被定义为上部顶媒。超厚煤层中的顶煤体可视为可以转移顶板变形的“半刚性顶煤体”。直接顶板部分的变形效应使顶煤体成为“半刚性顶煤体”。就支撑的压力而言,这部分地层可称为“无变形压力层”。通过“半刚性顶煤体”,直接顶媒和顶媒变形产生的压力转移到液压支架上。这部分地层可称为“变形压力地层”(Yan2009)。载体上的载荷是顶煤的重量和屋顶变形产生的压力的组合。

3巷道快速掘进技术优化

3.1设备优化配置

首先,合理选择掘进设备。第一,按照当地的地质条件、施工要求等方面,确定掘进机的相关参数。第二,根据截割头的功率与结构等确定相应的参数,这时需要按照岩石硬度、粘结性等进行匹配。当岩体硬度相对较高、巷道断面相对偏大时,应当采用功率较大悬臂掘进机,这类设备的破岩能力较好,同时,稳定性也不错;相反,则采用轻型掘进设备(价格适中),由此能够最大限度地发挥出其优势,例如,故障率不高,灵活性较好等。

其次,合理选择锚杆钻机。到现在为止,有些矿井在实践中依旧采用单体锚杆钻机,钻孔以后还必须通过人工的方式来部署锚杆,特别对那些顶板质量相对较差的巷道,会严重影响到速度,其生产效率已经无法满足快速掘进的需要。所以,应引入专用机械,例如凿岩台车等,尤其是当前应用日益普及的液压凿岩机与相关钻车,具有明显的优势,其污染与噪声比较少,效率较高,能够充分确保支护的及时性;那些不满足这个条件的煤矿,配备风动凿岩台车等机械能够改善支护质量,需要注意的是,必须适当控制污染与噪声。

再次,选择合适的运输设备。选择运输机械过程中,需要切实保证它们与掘进机相匹配,确保装运速度与掘进保持同步,减小劳动强度与时间,从而改善掘进效率。

3.2掘进工艺优化

在具体的实践中,为能够确保巷道的稳定性,必须根据各种围岩的实际特点,适当优化截割工艺。首先,若围岩结构完整、节理不发育、强度较高时,应从中心进刀,接着对四周刷帮。该方式可以充分确保巷道断面的成形质量,实现均匀落煤,不会严重干扰到附近的围岩,此方式比较适合巷道断面尺度较大的情形。其次,如果顶板条件相对较差,具有大量裂隙,必须在掘进以后尽快进行支护时,可以通过下面的模式来截割,分两次自下而上截割(蛇形),先后截割巷道宽度1/3、2/3。这可以降低顶板悬空时间,实现良好的支护效果,最终能够明显改善掘进速度。再次,如果地应力相对较高,两帮相对较弱,容易出现片帮时截割时先截割中部,接着刷两帮,这样能够明显降低帮部暴露时间,保证支护效果。

3.3支护方式优化

首先,妥善安排支护工序。具体的掘进过程中,支护工序用时在整体之中的比例大概处于40%～50%范围内,所以,科学部署各个工序的交叉时间,可以有效改善作业效率。如果选择边掘边支的工艺,那么安装锚杆过程中,必须停下掘进机,这样就会导致其开机率有所下降,使得掘进与支护工序发生分离。具体的实践中,在大部分顶板条件下,能够选择弱化支护的方式,也就是开挖巷道以后,仅仅针对那些易于失稳的顶板与两顶角通过锚杆来支护,接着在滞后于迎头10～20m的区间中采取永久支护的方式,这样能够减少机械设备的停机时间,并且还可以保证支护效率,使得掘进和支护同时进行。不仅如此,临时支护时,还能够同步开展耗材运输、设备维修等工序。其次,选择合适的支护方案。具体到现实当中,针对大断面巷道,通常使用以下支护方式:“锚杆+锚索+金属网”,这样能够实现对围岩的有效控制,进一步改善巷道的稳定性,并且该方案可以显著提高弱化支护的效果,防止发生严重形变。

结论

基于复杂多变的地质环境下大断面岩石巷道掘进,所面临的问题、困难较多,假若操作人员选取的掘进技术不合理、不实用,均会影响煤矿掘进顺利进行。因此,作业人员需深入分析、了解岩石斜巷情况,选用合适、安全的排矸设备,以将排矸及出矸难方面的问题彻底解决。同时在钻眼爆破面时,缩减操作人员工作量,保证操作安全的同时,提高单进尺;合理进行组织生产,确保每一阶段的施工工序均与施工操作一同进行,从而提升断面岩石巷道掘进效率。在保证矿井安全生产的同时提高采掘效率。

参考文献：

[1]张西林.大断面岩石巷道快速掘进技术实践[J].煤炭技术,2007,26(10):38-39.

[2]张厚全,张涛.高效掘进技术在煤矿大断面岩石巷道中的应用分析[J].山东煤炭科技,2016,34(8):21-22.