厚煤层大断面巷道快速掘进应用

柳小军

（汾西矿业两渡煤业，山西晋中 031302）

0 引言

巷道掘进速率影响矿井整体的高效建设和可持续生产，但在厚煤层大采高工作面，受大断面、掘进工艺及支护措施的影响，往往造成矿井采掘关系紧张[1-4]。为了提高厚煤层大断面巷道掘进速率，不仅要对巷道掘进工艺进行优化，还应采用合理的支护措施，提高巷道的稳定性[5-6]。本文以6107运输巷为研究对象，通过分析影响快速掘进的因素，采用安全高效的掘进施工工艺及确定经济合理的支护参数，来保证巷道的安全快速掘进。

1 工作面概况

6107运输巷位于6706轨道巷以北，六采运输下山以西。巷道位于+660 m水平，地面标高+1 275.8～+1 285.2 m，工作面标高+613.7～+638.6 m。巷道沿着7煤层掘进，煤层平均厚度5.94 m，平均倾角3°。直接顶为3.0 m厚泥岩，基本顶为约3.5 m厚细粒砂岩；直接底为1.2 m厚粉砂岩，基本底为约4.8 m厚细粒砂岩。巷道断面特征如表1所示。

表1 6107巷断面特征

2 影响快速掘进因素

（1）6107运输巷掘进后由于锚网索支护施工量大，造成掘进与支护不协调，影响巷道的掘进速率。为了提高巷道掘进效率，在保证安全生产的前提下，南胶带巷顶板锚索可以滞后于掘进机后方，实现平行作业，从而在一定程度上提升巷道支护速率。巷道掘进过程中，支护区域附近无断层等地质构造，顶板条件好，可以适当增加锚杆、锚索间距，或在保证支护强度的条件下，减少使用树脂锚固剂使用，从而减少其在支护中的凝固速度。

（2）由于制度管理等问题，在实际工作过程中，掘进区队各班组之间出现搭配不合理等现象，造成南胶带巷在掘进过程中浪费了大量时间。区队应当制定完善的管理制度及岗位职责，以便在实际生产过程中，各班组、工种之间能够实现快速衔接、转换和平行交叉作业。

（3）6107运输巷属于大断面巷道，应采用合理的掘进施工工艺，若按一般巷道施工，不利于巷道成型，并且对巷道的支护也造成困难。当巷道顶板破碎时，应当缩短循环进尺，并优化掘进施工工艺，提高支护强度，避免出现冒顶、片帮等事故影响巷道掘进进度。

3 快速掘进施工工艺

3.1 施工工艺

由于6107运输巷断面大，综掘机无法一次掘进成巷，因此采取短掘短支的掘进支护工艺，分层进行掘进支护。首先施工巷道上部，根据中腰线画出上部巷道轮廓线，然后进行截割掘进，上部断面高度控制在2.8 m，掘进后在临时支护保护下及时进行锚网索喷支护。上层施工完毕后，根据中腰线画出下部巷道轮廓线，然后进行截割掘进，掘进后在临时支护保护下及时进行锚网索喷支护。

南胶带巷掘进选用EBZ200型悬臂式综掘机，其具有截尺排列密集、单轴抗压强度高等优点。根据巷道掘进时围岩的完整性，在顶板完整、顶板破碎和易片帮区域围岩分别采用不同的掘进施工工艺，如图1所示。

图1 6107运输巷掘进施工工艺

由于6107运输巷属于半煤岩巷道，应在煤岩结合处的煤层选择进刀，先截割煤，后截割岩石，即按先软后硬的程序进行。每向前割1 m，进行锚杆、网片永久支护，空顶距足以支护一排锚杆时支护一排锚杆，足以支护一排锚索时支护一排锚索，待支护完成后，方可再向前截割。

3.2 多工序交叉平行作业

6107运输巷在掘进过程中，采用平行交叉作业，可以提高施工效率，减少施工成本。当巷道在支护过程中，可以同时进行设备检查、维修等辅助工作，如图2所示。

图2 多工序平行施示意图

4 巷道支护技术

厚煤层大断面巷道掘进后，顶板两侧水平和垂直应力集系数增大，在该区域易形成应力集中区，导致巷道顶板两侧围岩强度降低，出现变形破坏。随着巷道顶板两侧应力增大，两帮受其影响同样会发生变形破坏。若不及时进行支护，当巷道掘进揭露断层、陷落柱等地质构造时，受各种因素影响可能导致安全事故，影响矿井的安全生产。

4.1 锚网索支护

6107运输巷采用锚网索支护，提高巷道围岩承载能力。根据巷道围岩的性质及完整性，分别确定了6107运输巷锚杆、锚网、锚索支护的参数，如表2所示。

表2 锚杆、锚索支护参数

金属网全断面挂网，网间搭接100 mm，用14#铁丝联网，间距为每隔一孔联一扣。一般区域顶板和两帮每排分别打6根锚杆，每3排打8根锚索。当巷道掘进至顶板破碎区域时，需要增加锚索数量，增加锚杆支护所形成承载结构的稳定性，每排布置2根锚索，顶板每排打5根锚杆，两帮每排打3根锚杆。

4.2 注浆加固

6107运输巷采用锚网索支护后，为进一步提高支护强度和保证巷道围岩的完整性，需要对巷道围岩进行注浆加固。

选用QB152型便携式注浆泵，注浆液高水材料。注浆开始后缓慢增加压力，正常注浆压力为0.5～1.0 MPa，终压为2.0 MPa。当巷道围岩相对位移为28 mm时，可知围岩1.4 m范围内已产生松动裂隙，此时为注浆最佳时机，浆液有效扩散范围将达到2.2 m左右。6107运输巷注浆参数如表3所示。

表3 6107运输巷围岩注浆参数

5 注浆效果检验

6107运输巷采用锚网索支护和注浆加固后，需要对支护效果进行检验。通过在巷道设置监测点，监测巷道围岩变形量，监测结果如图3所示。由图可知，6107运输巷采用锚网索支护和注浆加固后，在观测的4个月时间内，巷道顶板和两帮围岩变形量总计分别为28 mm、35 mm。由此可知，锚网索支护和注浆加固可以有效减小巷道围岩变形量，提高巷道整体稳定性，为巷道的安全掘进提供良好的条件。

图3 6107运输巷围岩变形量

6 结束语

（1）以6107运输巷为研究对象，分析了影响巷道快速掘进的因素主要有掘进支护不协调、制度管理不完善、巷道断面大等。采用综掘机在巷道煤岩结合处的煤层选择进刀，先截割煤，后截割岩石。根据巷道围岩完整性不同，设计了3种施工工艺。

（2）采用锚网索支护和注浆加固来提高巷道围岩强度，并设计了支护参数，通过监测巷道围岩变形量来检验支护效果。根据监测结果可知，在观测的4个月时间内，巷道顶板和两帮围岩变形量总计分别为28 mm、35 mm。由此可知，支护取得了良好效果，有效减小了巷道围岩变形量。