煤巷双巷快速掘进施工工艺

骈丽军

(山西晋煤集团 沁秀公司坪上煤业有限公司，山西　晋城　048203)



·技术经验·

煤巷双巷快速掘进施工工艺

骈丽军

(山西晋煤集团 沁秀公司坪上煤业有限公司，山西晋城048203)

巷道的掘进速度对采掘工作面的正常接替有着直接影响，本文以坪上煤业23041#和23043#双巷掘进工作面为研究对象，通过对井下工作面的实际观测和分析，找出了影响回风巷双巷掘进速度的若干关键因素，并提出改变各部分支护方法和优化掘进工艺等措施，同时利用工业工程现场管理知识对工序进行了标准时间制定，提高了煤巷掘进速度。

高瓦斯；双巷掘进；煤巷；支护形式

巷道快速掘进工艺涉及因素众多，掘进速度一方面与掘进设备的机械化程度密切相关，另一方面也决定于各工序的衔接紧密程度。当前，我国煤矿综采的现代化程度日益提高，但同时出现了一系列采掘不平衡的现象。以山西晋煤集团坪上煤业23041#和23043#巷双巷掘进作业为例，其采掘过程存在高瓦斯、多断层、煤质松软等不利工况，因此，掘进速度相对滞后。另外，由于双巷同时掘进作业，开采工作量大，工序衔接也异常紧张，这已成为制约该矿均衡、高效生产的突出问题。如何提高掘进速度，改善矿井采掘平衡，减少对掘进工序及辅助工艺的影响时间，对于提高井下工作面的综采效率具有重要意义。

1　煤巷地质概况及掘进施工工艺

1.1煤巷掘进地质概况

坪上煤业有限公司2304(上)综采工作面主采二叠系下统山西组3#煤层，煤层厚度4.65～6.30 m，平均厚度5.35 m. 23041#和23043#巷主要用于工作面回风。23041#巷南接西辅助进风巷，为双巷掘进进风巷；23043#巷南接西二回风巷，为双巷掘进回风巷。23041#巷位于23043#巷西侧，双巷联络巷长度50 m. 双巷沿3#煤层顶板掘进，直接顶为平均厚度5.79 m泥岩，老顶为平均厚度5.03 m细粒砂岩，直接底为平均厚度3.94 m泥岩，毛断面尺寸为4.2 m×3.1 m，毛断面积13.02 m2，沿巷道掘进方向3#煤层倾角为2°～18°.巷道支护断面示意图见图1.

图1　施工断面示意图

1.2巷道掘进方式及施工工艺

23041#巷和23043#巷掘进工作面是综合机械化煤巷掘进，其支护形式采用高强度、大预紧力螺纹钢锚杆、锚索。在整个掘进作业中，割煤和运料同时进行。而在此过程中，除采煤掘进实现完全机械化外，割煤前的准备工序和割煤后的支护工作仍采用人工操作。具体工作流程为：割煤前准备→割煤与备料同时推进→安全检查→临时支护→永久支护。改进施工工艺前的循环作业图见图2.

图2　改进施工工艺前的循环作业图

2　影响工作面快速掘进的因素

高瓦斯曾是影响23041#巷与23043#巷掘进速度的主要因素，但目前已得到较好治理。通过现场实测和工艺资料查询，发现当前情况下影响坪上矿双巷掘进速度的主要因素包括：

1) 采煤掘进作业和支护作业时间不协调，人工操作浪费时间较多，无法充分发挥井下机械掘进设备的效率优势。

2) 联络巷拐弯时掘进速度过慢，运输设备拆卸频繁。同时，联络巷开口和贯通支护效率过低。

3) 各班组间的工作衔接不顺畅，工序布置不合理，作业时间拉长。

4) 需要注意的是，在整个掘进作业中，锚杆支护工序的耗时最长、时效最低，已成为严重制约掘进速度的关键环节。影响锚杆支护效率的因素包括：

a) 机械掘进过程中，形成的巷道围面不平整，因此，钻孔时容易发生跑偏、断杆等问题。另外，采掘巷道大部分是矩形截面，顶帮面倾斜等也是影响钻孔速度的主要因素。

b) 顶、帮锚杆施工相互影响，平行作业时间短。采掘过程中，位于同一截面上的顶部和帮部锚杆必须跟紧迎头，配合施工，但由于两者的施工操作相互影响，无法在同一截面上同时进行。顶锚杆固定平均需45 min，帮锚杆需要70 min，因此，其在不同截面上的平行作业时间仅25 min.

c) 部分操作人员动作不熟练、不规范，导致锚杆等整体安装耗时太长。加装支护时，工艺和标准规定所装网片、托梁等设备应与顶帮面紧密贴合，若出现顶帮面严重不平整等情况时，应进行人工干预，将托梁等折弯，使其贴近煤壁。这一过程对操作人员的技术水平等要求较高，同时也容易出现耗时过长等情况。

d) 帮钻杆过长，在两帮同时钻眼时相互影响。另外，在搅拌不充足或锚固失效时必须补打锚杆，导致重复施工；同时风钻机械拧紧螺母时，预紧力往往达不到设计要求，需要手动工具拧紧，延长了操作时间。

5) 作业人员对设备操作的熟练程度和维护检修能力，也是影响工作面快速掘进的因素。

3　提高快速掘进的措施和工艺分析

3.1改进联络巷掘进拐弯及贯通加强支护工艺

改进前的联络巷掘进拐弯及贯通加强支护主要采用传统支护工艺，即：第1排用锚索将3组槽钢连接成“品”字形锁口，第2排再将2组槽钢用锚索固定，并一字排开，随后3排可各打1组槽钢支护，联络巷掘进后5排逐次采用槽钢联锁锚索加强支护。交叉点回风巷道内前后5排共需打注41组槽钢联锁锚索加强支护。

参考相关文献，对坪上矿的锚索支护方案进行有限元模拟。调整锚索间距值，依次进行计算，通过对结果中应力值进行分析，最后选定了槽钢联锁锚索加强支护的最佳工艺方案，即第1排改由2组槽钢联锁支护，最后各排逐次打1组槽钢加强支护，交叉点前后5排每隔1排打注1组槽钢联锁锚索共7组。现场实施后，通过对交叉点顶板离层仪的数据收集和统计，并未发现顶板在改变联络巷掘进支护工艺后出现异常状况。

改进后的联络巷加强支护由传统的41组槽钢缩减至22组，少打19组槽钢联锁锚索。以单组施工时间30 min为例，共计缩短570 min，加强支护效率提高了46.3%.

3.2改进永久支护工艺

1) 掘进过程中，锚杆支护耗时最长，对掘进速度影响最明显。通过对现场调查和操作流程分析，对帮部锚杆的支护方案进行了有限元模拟。通过对不同帮部锚杆的间距值进行调整和计算，然后对各模拟结果中的应力值对比分析，最后选定将帮部锚杆的间距由原来的0.8 m改为1 m.新方案经模拟显示可在满足帮部的稳定性前提下，将每排锚杆数量减少至3根，同时不再需要对钢筋托梁进行人工弯折，缩短了安装锚杆的时间，从而极大地提高掘进速度。

2) 在对支护工艺参数优化基础上，对相关工作人员进行了标准化操作培训，提高了工人的操作熟练程度，支护效率得到极大提升。

3) 合理安排各道支护工序，加强各工序间协同作业效率，缩短操作时间，增强人员配合，提高生产效率。

3.3人-机操作分析

对掘进面的人-机操作流程进行分析，充分利用其工作时间的交叉性，对传统的施工工艺进行优化、合并。优化措施如下：利用掘进机在当前周期的工作时间，对下一掘进周期的生产进行提前准备，以此减少等待时间，相关人员可对工作现场的物料和辅助设备等进行整理、调试。改进后的生产周期由原来的120 min降低到96 min，效率提高了20%.

3.4工序和时间的标准化

为提高各工序和人员的工作效率，对现场各工序的作业量、流程等进行了充分而合理的统计分析。最终表明，在相同生产条件下，每个作业循环内，不同班组所消耗的时间存在较大差异，这说明操作人员在具体的施工方法、技术点掌握程度、熟练度等方面存在差异。对于这种情况，首先对掘进过程中各道工序进行了标准化制定，同时对工序内的工时进行标准化分析，改进工序效率的考核方式，最终提高掘进效率。另外，利用了工业工程现场管理方式，即对掘进流程的所有工序进行全面观测，随后对各施工动作和方法进行分析；然后对各工序的执行时间进行标准化制定，制定过程中，需要充分考虑实际工况条件及操作人员的生理和心理状况等，以确定最佳的工序时间。其制定公式为：标准时间=观测时间×评定系数×(1+宽放率)。

在以上改进基础上，通过对相关人员进行标准工序的操作流程培训，可提高其在标准时间下完成各工序的操作速度。

通过以上措施，各工序的操作时间得到了改善，作业循环由原来的4循环变为5循环，掘进机的开机率提高了10%.改善后的作业循环见图3.

图3　改善后的作业循环示意图

4　结　论

1) 通过对联络巷开口、贯通点及交叉点加强支护方案的优化，使支护时间整体缩短了570 min，效率提高46.3%，有利于回风巷双巷快速掘进。

2) 通过有限元模拟分析，对帮部支护参数进行优化调整，确定帮部支护采用1 m间距，在保证帮部稳定的前提下，减少了锚杆总数量，节省了锚杆安装时间，提高了掘进速度。

3) 利用工业工程现场管理知识，对现场进行了基于人-机分析的标准时间制定，使生产周期由原来的120 min，降低到96 min，作业循环由原来的4循环变为5循环，效率提高20%.

[1]闫利刚.煤巷快速掘进技术研究与应用[J].山东工业技术,2015(24):35-37.

[2]何满潮,齐干,程骋,等.深部复合顶板煤巷变形破坏机制及耦合支护设计[J].岩石力学与工程学报,2007(5):987-993.

[3]骈丽军.复合顶板煤巷快速掘进工艺技术探讨[J].水力采煤与管道运输,2015(3):68-72.

[4]陈勇,于新锋,柏建彪.复合顶板巷道锚杆锚索支护技术探讨[J].能源技术与管理,2005(6):6-7.

Construction Technology of Quick Drivage of Double Coal Roadway

PIAN Lijun

Roadway drivage speed directly affects the normal working of mining working face. 23041#and 23043#double coal roadway driving working faces in Pingshang coal are as the research object, through practical observation and analysis of underground face, finds out some factors affecting return airway double coal roadway driving speed. Puts forward measures of changing support form and optimizing driving technology and so on. At the same time using industrial engineering field management knowledge formulates standard time to process. It improves the driving speed in coal roadway.

High gas; Drivage of double coal roadway; Coal roadway; Support way

2016-01-25

骈丽军(1986—)，男，山西沁县人， 2009年毕业于太原理工大学，助理工程师，主要从事煤矿采掘方面的技术工作(E-mail)592652621@qq.com

TD263.5+6

B

1672-0652(2016)03-0025-03