大众煤矿大断面岩巷综掘快速掘进技术应用

大众煤矿大断面岩巷综掘快速掘进技术应用

孙小亮

（河南省安阳市鑫龙煤业大众煤矿 河南安阳 455000 ）

摘要：大众煤矿为缓解采掘接替紧张局面，加快岩巷掘进速度，在21上01采煤工作面下底板抽放巷采用国产EBZ260H综掘机及配套机械化施工装备，通过对巷道断面、支护形式、劳动组织等不断改进优化，不断提升了综掘巷道的掘进速度，实现了岩巷快速掘进。通过实践研究，形成了一套成熟的岩巷快速综掘技术及管理体系，为同类矿井解决岩巷掘进慢的“瓶颈”提供了可靠借鉴。

关键词：岩巷综掘；快速掘进；支护优化；平行作业

随着各种采掘设备在煤矿生产建设过程中被大量投入使用，机械化设备的投入要求井巷工程断面不断加大[1]，同时开采效率的不断提升又要求必须加快井巷工程的掘进速度。目前采煤及煤巷掘进效率已取得较大发展和提升，但岩巷掘进装备水平及掘进效率和速度相对较低，岩巷掘进在很多矿井已经成为制约矿井生产能力的一项重要因素[2]。对岩巷快速掘进技术的研究及应用推广将有效缓解矿井接替紧张局面，对提升矿井生产能力具有重要意义[3]。基于此，以大众煤矿21上01采煤工作面下底板抽放巷为工程背景，提出机掘法岩巷快速掘进技术并进行工程实践，取得了良好效果。

1 工程地质概况

21上01采煤工作面下底板抽放巷担负21上01采煤工作面瓦斯抽放任务，巷道设计长度857.1m，标高-517.1～-534.1，巷道位于矿井二水平改扩建区域，施工层位位于煤层底板北岔沟砂岩。围岩以泥岩、砂岩为主，泥岩层中包含炭质泥岩，薄层状，节理发育、破碎，巷道顶板距煤层底板法向距离16.2～38.1m。该巷道掘进区域地层整体向东偏南倾斜，产状为倾向79°～96°，倾角4°～16°，平均10°。掘进区域对应的二1煤层赋存于山西组下部，位于北岔沟砂岩和大占砂岩之间，赋存标高-478.9～-507.5m，埋深598.3～681.5m，结合超前探孔资料及抽放钻孔资料分析，煤厚3.2～6.71m，平均厚4.8m。巷道布置断面规格为：净宽5.6m，净高3.9m，墙高1.1m，基础0.10m，拱高2.8m，喷砼厚度0.10m，S净=18.5m2，S掘=19.6m2。

2 提高单进效率优化技术方案

（1）优化巷道层位

EBZ260H岩巷综掘机对巷道条件有一定要求，如巷道岩性f值太大，综掘机切割困难，且配件损耗大，效率下降严重；如巷道施工距离短，设备一拆一装不划算[4]。因此，在巷道施工长度上应优先长度600m以上的长线工程，巷道层位选择上应优先选择中等岩性（f 值＝5~6）的岩层中。21上01采煤工作面下底板抽放巷高抽巷全长857.1m，符合掘进机施工长度要求。将巷道设计在二1煤层顶板法距10-16m 左右的位置，这样整个巷道所处岩性大部分属较软的泥岩，而顶板则为相对稳定的砂质泥岩和粉细砂岩，地质层位非常适合综掘机施工。

（2）优化断面形式和切割工艺

巷道断面形式一般有拱形、矩形、梯形等形式[5]。综合考虑现场实际情况，巷道断面形式选为直墙半圆拱。合理的切割工艺也是提高掘进速度的必要条件，考虑巷道断面为18.5m2, 属中等大断面，因此采用的截割工艺为：迎面墙围岩硬度分布均匀时，原则上破岩时先截割巷道下部岩石，再截割巷道上部岩石，最后截割巷道四周修整成巷。根据岩石硬度情况，每次进刀深度以400～600mm为宜，不宜将整个截割头钻进岩壁进行截割作业；迎面墙围岩硬度分布不均匀时，有节理面或者软弱夹层时，为实现经济截割，降低截割时岩石阻力，进刀位置合理选择在软弱岩层位置，截割顺序按照先下后上的顺序进行；遇到岩层整体较软时，先截割上部，截割高度约2.5m后支护上半部，然后再截割下半部，并适当减小截割深度。

（3）施工环节组织优化

21上01采煤工作面下底板抽放巷采用“三八制”组织人员施工，综掘机每班截割完成后，对拱基线以上的顶帮施工锚网支护，两帮部锚网可滞后正头30 m施工，皮带运输机机尾可每 12 m 一循环拉移一次，移动2~3 循环集中补打一次两帮部锚杆，锚索施工可滞后正头 35~40 m。以此顺序施工，既不影响正头掘进时间，形成正规连续的作业循环，又可以在后续工程施工中，多种补充措施实施平行作业，最大限度地利用好时间，完成后巷的成巷工作。优化后的方案掘进，每班可施工 3~4 排，每排进尺为 0.8 m，日产单进可达到7.2~9.6 m。

（4）锚网索联合支护技术优化

锚杆支护技术具有成本低、工作量少、支护效果好等优点，受到众多煤矿单位的青睐。21上01采煤工作面下底板抽放巷所处层位岩性大部分属较软的泥岩，因此采用锚网索配合喷浆联合支护方式，根据围岩力学特征，结合21上01采煤工作面下底板抽放巷已掘巷道支护经验及压力显现情况，确定21上01采煤工作面下底板抽放巷施工采取的支护形式为全断面锚索支护：拱部锚索为一排φ21.8mm×8000mm、一排

φ21.6mm×4200mm锚索矩形布置，间排距800mm×800mm，起拱线以下锚索全部为φ21.6mm×4200mm。（使用MQ22-40/63型锚索张拉器具，压力表读数为31.5MPa）。施工时全断面铺设金属网片，金属网采用Φ6mm钢筋加工而成，网片规格2000×1000mm，网格70×70mm，网片搭接长度不小于100mm，搭接处每隔不大于150mm用14#铁丝双股双边绑扎，连接铁丝扭结不少于3圈，扭结头外露不超过30mm，朝向内侧。喷射混凝土总厚度为100mm（初喷60～80mm，复喷10～20mm），喷射砼的配合比为水泥∶砂子∶石子=1∶2∶2，砼强度等级为C20。水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥。砂为中砂,纯净的河砂，不得使用有酸、碱或含油的水；石子必须坚硬耐久，粒径5～10mm；速凝剂为782-3型速凝剂，速凝剂掺量占水泥用量的8%～10%，淋水区可酌情加大掺入量，通过矿压观测结果，采用此支护方案有效阻止了巷道的变形破坏，为巷道安全施工提供保障。

（5）优化生产组织

①加强作业人员培训，提升人员素质。 新技术掌握往往靠一线职工， 职工素质直接制约着技术的应用情况，甚至有些时候人员素质及主观能动性比技术更重要， 是快速掘进能否成功的一大关键。因此，要安排设备厂家和专业技术人员对职工进行新设备和新工艺的理论学习和现场实操培训，使工人能够熟练掌握设备的使用维护和操作工艺流程。

②优化施工组织和管理。根据现场施工实际情况，将原来“三八”制作业方式调整为“滚班”制作业，即细化分工，以工序做考核，各种技术工人以完成相应工序为目标， 将原来的工作时间考核转变为工作量考核，激发职工积极性。例如以前按照正规循环作业图表施工，不论当班接班时是何种工序将继续施工，工作八小时有人来接班，往往工作效率低下。滚班制是将整个掘进过程划分成四个重要工序，截割装矸、排矸、锚杆施工、喷浆，作业人员根据个人技能所长重新分配进入相应工序小组内，四个工序小组按照计划进行作业，工作小组作业快的可提早收工、作业慢点就延后收工，原则上不再受施工时间限制。

3 应用效果分析

21上01采煤工作面下底板抽放巷通过采取提升机械化作业装备水平、优化支护设计及优化施工组织管理等措施，该掘进工作面月平均进尺由原来“钻爆法”作业方式的60 m提升到100m 左右，作业人员比原作业方式减少4人/ 班，掘进单进水平和掘进效率得到大幅度提升。采用优化后的锚索全断面支护工艺后，通过对现场巷道矿压监测数据进行分析，在观测时间内，巷道顶底板移近量最大为106 mm，帮部位移量最大为74 mm，巷道围岩变形量较小，巷道支护效果良好。

4 结论

岩巷掘进是一个系统工程，影响岩巷施工进度的原因有很多，特别是机械化水平、施工组织是影响掘进速度的关键环节，在岩巷施工过程中，只有认真通过对现场观察，找出影响岩巷施工进度的各项因素，采用科学的施工组织管理方法。通过完善制度、严格考核，加强培训、施工设备合理选型等系列措施，才能够将岩巷快速掘进水平推上个新的台阶。

参考文献

[1]赵桃园，阚磊.浅谈钱营孜煤矿岩巷综掘机在快速掘进中的研究应用[J].能源技术与管理，2014,39(6)：114-116.

[2]李展宇.大断面岩巷掘进提效措施分析[J].江西煤炭科技，2018（4）：99-102.

[3]张衍峰,刘卫军.煤矿岩巷快速掘进工艺的优化研究[J].内蒙古煤炭经济，2021（23）：8-10.

[4]周琼阳. 岩巷综掘工艺支护优化技术研究 [J]. 内蒙古煤炭经济，2020（11）：5-8.

[5]范帅 . 煤矿斜井综掘机快速掘进施工技术管理研究 [J]. 矿业装备，2021（04）：224-225.

作者简介：孙小亮（1987.08--），男，河南鹤壁人，汉族，本科学历，河南理工大学，助理工程师

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