煤矿掘进巷道超前支护方式的应用及选择

吴昆

【摘 要】针对某煤矿巷道特征，分别采用超前锚杆支护、注浆技术对软岩巷道进行加固处理，并采用悬臂式掘进机岩巷机械化作业方式掘进软岩巷道，使得巷道支护效果与掘进效果均得到了大幅提升，对于类似矿山巷道支护及掘进施工有一定的借鉴价值。

【关键词】煤矿掘进；巷道超前支护；应用

引言

巷道掘进是煤矿生产的重要生产环节。“采掘并重，掘进先行”，巷道的快速掘进是保证矿井高产稳产的关键技术措施。掘进技术及其装备水平直接关系到煤矿生产的能力和安全。以悬臂式掘进机为主体的高效机械化掘进与支护技术是保证矿井实现高产高效的必要条件。近年以来，随着能源结构与增长方式调整，煤炭产能严重过剩，煤炭经济运行形势日趋严峻，采掘失调、煤巷掘进速度偏低的突出问题愈加严重，矿井开采准备周期长，时间和经济成本高。为实现煤炭企业安全高效生产和低成本运行，因此，突破煤矿巷道掘进及超前支护技术成为关键性问题。

1概述

某煤矿位于某市西部、西山煤田东北部，距某市五一广场19.8km。井田西北与西铭矿相连，东南与官地矿接壤，东北以9#煤层露头为界，西南与邢家社普查区相邻，形态大致为NE—SW走向的长方型，长约10km，宽约6.48km，面积69.7km2。本研究通过对该矿山巷道支护与掘进方案进行设计，为提高该矿巷道掘进安全性和进度提供参考。

2掘进技术

2.1悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业线

现阶段我国煤巷仍旧以悬臂式掘进机为主，配套设备主要由悬臂式掘进机、单体锚杆钻机、桥式转载机、带式输送机组成。该作业线操作灵活，适应性好，适用于单巷掘进，应用最为广泛。悬臂式巷道掘进机由主机以及配套设备组成。在切割岩石破落之后，通过转运机构将其传递至尾部，之后利用运输机将岩渣送走。在进行切割的过程中，可以满足任意形状断面的需求，并且还可以保证较高的精确度，有利于后续支护。该设备对于复杂地质条件具有极强的适应力，可以方便的进行转弯与爬坡，主要是用于采煤准备巷道的掘进，也可以在其余巷道施工中应用，并且巷道断面可以是任意形状。但掘进和支护不能平行作业，以牺牲掘进时间为代价，掘进速度较慢。

2.2连续采煤机与锚杆钻车配套作业线

连续采煤机与锚杆钻车配套作业线配套设备由连续采煤机、梭车、给料破碎机、带式输送机、四壁钻杆钻车、铲车组成。该作业线需要交叉换位施工，适用于巷道条件较好的大断面双巷或多巷，掘进速度快，但对地质条件要求较高，仅在我国神东榆林部分矿区得到应用，适应范围局限。

2.3掘锚机组掘锚一体化掘进

掘锚机组掘锚一体化掘进配套设备由掘锚机组、桥式转载机、转载破碎一体机、带式输送机组成。该作业线实现了掘锚平行作业，适用于巷道断面大的单巷掘进，掘进速度最快，在适宜地区能够显著提高掘进效率，但对地质要求较高，使用范围受到限制。

3巷道支护方案优化设计

3.1超前支护方案设计

本研究设计采用超前锚杆支护方案。首先将超前锚杆打入巷道掘进前方稳定岩层内，末端支承于拱部围岩内专为超前锚杆提供支点的径向悬吊锚杆，爆破前，在巷道几何尺寸要求的外围约200mm的井巷轮廓线外，每隔800mm间距打注1个20mm×2000mm螺纹钢锚杆，角度与巷道前进方向成45°夹角，锚杆尾部使用调心球垫和300mm×300mm（长×宽）木托板，锚杆端头使用1支MSCK2360型和MSK2380锚固剂，实现全长锚固，锚杆预紧力不宜小于200N·m。放炮前，有必要逐根检查锚杆预紧力大小。放炮炮眼眼口位置应低于锚杆垫片150mm以上，且周边眼实行光面爆破，以便对超前锚杆产生最小的影响力。放炮后，人员不得进入空顶下作业，应先检查超前锚杆的支护情况，同时对锚杆的锚固力进行检查。在超前锚杆支护有效的情况下，对爆破地段的顶帮进行敲帮问顶和处理浮岩活石，之后方可进行下一工序作业。

3.2管棚尺寸参数设计

管棚长度可通过以下经验公式确定。L=1+Hcotφ+0.5式中：L为管棚长度；φ为岩层的内摩擦角；H为围岩垮落高度，根据1201运输平巷围岩性质，取H=2.51m，φ=26°，带入公式计算可得L=5.6m。在确定管棚长度时，若围岩岩性较差，可适当增加管棚长度，若围岩岩性较好，则可减小管棚长度，结合1201运输平巷地质条件综合考虑管棚长度，取L=6m。为了便于管棚现场安装，采用分节制作及安装的方法，选用直径50mm，壁厚为5mm、每节长度3000mm的无缝钢管，将钢管管端削尖以便于插入围岩，前后2根钢管的搭接部分采用丝扣连接，丝扣长度不低于100mm。

3.3注浆加固方案设计

该矿软岩巷道除采用锚杆支护外，也采用了管棚支护方式。在进行管棚支护时，待棚架架设完毕后，便需进行挂网、喷浆以及注浆处理，确保U型钢能够均匀承载。经过现场分析确定的注浆参数为水灰比1∶1，双浆体积比0.04∶1。在实际操作过程中，由于巷道不同地段的围岩状况、裂隙发育程度不同，可对水灰比进行适当调节，但水灰比不宜小于0.5∶1，但也不宜大于1.5∶1。针对巷道实际特点，可选择及时初喷以及滞后复喷模式。在巷道掘进过后，需及时进行喷浆处理。在掘进机后方进行复喷时，可保持与滞后注浆平行作业。滞后喷浆可以在一定程度上释放巷道应力，并且之后喷浆层也不易出现开裂问题，同时滞后喷浆还能够与注浆保持平衡作业，有利于进一步加快施工速度。初喷作业在巷道开挖以后及时进行，初喷厚度为50mm。滞后喷浆紧跟掘进机后方作业，与注浆同时进行，喷浆厚度为100mm，在复喷前应用高压水冲洗初喷面。

4掘进技术研究

4.1掘进机截割方式优化设计

掘进机截割方式的好坏对掘进机工作效率、成巷质量及施工速度具有重要的影响，在掘进过程中要根据不同围岩情况选择合理的截割方式，当岩石硬度较小时，先用截割头在左下角掏槽后，向上按S型进行切割；当岩石硬度不同时，先在较软位置进行掏槽，然后再进行全断面截割；当岩石较硬时，根据岩石硬度及节理裂隙发育情况综合确定钻进深度，再逐步扩大到全断面。

4.2巷道底板软弱导致掘进机行走困难

当底板较软时，可通过在履带下垫木板来加强其行走能力，若底板积水较多，先进行上部截割，待截割下来的物料与水混合后再进行下部的截割；在积水较多区域可隔一段区域建立蓄水池，来收集巷道上部流下的泥水，并通过泥浆泵进行排水。

4.3施工组织与管理优化设计

在原施工方案基础上，对工序网络进行优化设计，每个掘进班在1个班内进行两轮截割，架2架U型棚，注浆作业紧跟掘进机后方，与支护作业平行进行；原施工方案中人工挖柱窝占用了大量的时间，因此改为掘进机开挖。

结语

对某煤矿软岩巷道支护及掘进技术进行了分析，通过采用超前锚杆支护、注浆技术对软岩巷道进行加固处理，并采用悬臂式掘进机岩巷机械化作业方式掘进软岩巷道，大幅提升了巷道掘进的安全性和效率，加强施工人员和管理人员的素质能力，切实做到安全有效的按操作规程执行，采用先进的管理理念，采用概率模型确定合理的人员配置和空间布局。为安全有效提高掘进速度提供有力条件，可供类似矿山参考。

参考文献：

[1]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）：113-114.

[2]曹旭.论述煤矿巷道掘进施工及支护技术分析[J].科技资讯，2016（24）：158-159.

[3]赵大维.煤矿巷道支护的难题及对策[J].机电工程技术，2017（10）：144-146.

（作者單位：冀中能源峰峰集团大淑村矿）