煤矿快速掘进巷道与支护技术的研究

侯斌元

（山西潞安矿业集团慈林山煤业有限公司夏店煤矿， 山西　长治　046203）

引言

煤矿属于不可再生资源，随着我国能源消耗量的增加，煤矿的开采也都进入了深部开采阶段。在煤矿的深部巷道掘进过程当中，巷道周边的围岩应力复杂多变，对于掘进当中的支护参数的计算也非常复杂，影响因素也非常多，使巷道内的支护情况变得非常紧张，因此支护方案也应该随时进行相应的优化。本论文主要是以夏店煤矿工程实例为研究对象，对其快速掘进当中巷道的支护方案有所欠缺的地方进行相应的技术优化，通过改变相应的支护参数来优化其支护方案，并通过变革相应的施工制度来提高巷道掘进速度。优化方案在夏店煤矿快速掘进当中巷道中实施后效果明显，已成为了提高夏店煤矿经济效益的主要措施。

1　夏店煤矿工程简介

夏店煤矿属于山西潞安矿业集团慈林山煤业有限公司，当前的深部巷道掘进主要是在5号煤层。在夏店煤矿-600 m以下的深部巷道当中，其中主要的巷道掘进轨道是在-600 m与-460 m大巷当中，整个巷道的掘进长度为450 m，巷道的掘进角度为倾角12°。距离5号煤层大约25～45 m的位置是属于船层巷道，在该巷道地质构造现象的情况比较突出，其地质岩层主要是泥岩与砂岩，地质情况比较软弱。在进入深部巷道掘进的过程当中，深度加大会导致巷道周边的围岩应力也急剧的增加。对于夏店煤矿巷道的破岩方式都是采用的钻爆法，主要的做法是选用YT-23凿岩机钻孔（其最大的钻孔深度5 m），然后巷道支护技术主要是采用锚喷法，整个巷道的快速掘进煤矿断面为8.5 m2。在以往的开采方案当中，主要是采用的两掘一喷的作用方式，设计当中的月进尺为85.2 m[1]。

2　夏店煤矿掘进巷道支护优化方案分析

2.1　原支护方案分析

锚杆支护技术是当前我国煤矿深部掘进技术中较简单、完善、应用较广的技术。夏店煤矿原支护技术当中也是采用的锚杆支护技术，左旋螺纹钢锚杆的参数主要为长度2 000 mm、直径18 mm，锚杆间排距为800 mm，固定托盘为尺寸150 mm×150 mm的正方形钢板，锚固剂为MSK2350型数值锚固剂。金属网选用尺寸1 200 mm×2 000 mm，网格40 mm。梯子梁选用直径12 mm的钢筋焊接而成，长度3 000 mm，喷吐70 mm厚的混凝土。详细的支护方案如图1所示，夏店煤矿在应用此支护方案后，整个掘进巷道的变形量非常大，并且返修的情况非常严重，这影响到了整个巷道的开采，也影响到了煤矿开采的经济效益，应该对该支护方案进行优化[2]。

图1　夏店煤矿原支护方案示意图（单位：mm）

2.2　原支护参数的优化分析

采用FLAC3D数值模拟软件可以对深部巷道锚杆支护技术的参数进行模拟优化，主要是通过对巷道的围岩控制效果来进行的优化设计。在夏店煤矿锚杆支护技术的应用当中，结合具体的工况，设计了三种不同的参数加以模拟，具体的方案统计表如下页表1所示。通过对三个方案的巷道围岩变形的数据分析可以发现，方案3当中的支护参数可以达到对巷道围岩变形的最佳控制。

表1　支护模拟方案统计表　mm

通过FLAC3D数值模拟软件进行模拟后，采用方案3的布置形式与间排距是最佳的参数设定。结合原支护参数，再按巷道的施工情况，对支护参数进行了如下的优化：锚杆的直径由18 mm增大到20 mm；锚杆布设间排距缩短至700 mm，主要是保障到整个支护初始锚固力应该要大于8 t才能保障巷道的支护安全；支护当中的锚索参数要进行调整，锚索的长度为8 000 mm，直径15 mm，其布设形式改为“三花”，固定的托板采用160 mm×160 mm。对于锚索初始预紧力要大于10 t才能保障巷道的支护安全[3]。

3　夏店煤矿巷道施工组织优化分析

巷道内的施工顺序也是影响其掘进速度的影响因素，通过对夏店煤矿的开采设备、人员配备以及作用方式进行综合分析，并结合其地质条件，对其施工组织进行优化。主要是将作用方式设定为“三喷三掘”，并改变一些其他的措施，达到提高巷道的掘进速度的目的。其主要优化方案为：第一，以往作业当中都是井下拌料，当前设计更改为，喷浆料在地面进行相应的搅拌后采用直接运输至掘进作业面的方式进行喷涂作业，其主要目的可以降低与井下拌料产生的影响；第二，耙岩装载机的挂钩布设在距离掘进面迎头8 m开外，这样即可以保证矸石的正常运输又可以不妨碍其他环节的运输作业；第三，另设立一个复喷小组，其主要目的在于同掘进中同时开展工作，一同完成复喷成巷作业，提高作业的效果和速度[4-5]。

4　夏店煤矿巷道支护技术改进方案效果分析

在本次的效果分析当中，采用的是“十字测量法”。在巷道当中提前布设四个测站，主要是分析支护技术优化前后对于围岩变形的控制情况。数据对比分析发现优化后的夏店煤矿巷道支护参数对围岩变形的控制情况得到加强，数据有了非常高的提升。巷道顶板变形量缩减近四成，巷道两帮移动量缩减六成左右，底板鼓起量减少六成。这些数据都表明优化后的方案对于巷道的变形能起到控制作用。优化方案在夏店煤矿实施半年以来，巷道作业情况表明每月的掘进量提高到了118 m，提高了40%，对于提高煤矿的经济效益起到了重要作用，对于保障夏店煤矿的安全高效生产起到了积极的作用。锚杆支护技术的优化方案在夏店煤矿快速掘进巷道中的应用收到了很好的效果，这也为其他同类型煤矿的快速掘进巷道的支护技术的优化起到了示范作用。

[1]葛晓成.煤矿井下巷道掘进顶板支护技术研究[J].煤，2017（3）：73-74.

[2]闫蹬杭.煤矿巷道掘进施工及支护技术探讨[J].内蒙古煤炭经济，2016（23）：113；120.

[3]刘建胜.煤矿巷道掘进施工及支护技术分析[J].煤矿现代化，2016（3）：26-27.

[4]吕致远.试论煤矿掘进巷道中的锚杆支护技术[J].能源与节能，2016（5）：169-170.

[5]王旭锋，张东升，邵鹏，等.深部软岩锚喷支护巷道快速掘进技术[J].采矿与安全工程学报，2011（3）：415-419.