半煤岩9104 运输巷快速掘进的研究

刘刚义

（山西煤炭运销集团四明山煤业有限公司，山西 高平 048400）

随着矿井开采机械化水平的提高，巷道的掘进往往滞后于工作面的回采速率，造成采掘接续紧张，影响矿井的经济效益。矿井掘进半煤岩巷道时，往往受瓦斯、煤尘及地质构造等因素的影响，导致掘进进尺速度减缓。因此，为了提高半煤岩巷道的掘进速度，在提高掘进设备水平的基础上，选择合理的施工工艺和支护技术，保证半煤岩巷道的安全高效掘进。

1 工作面概况

9104 运输巷位于井田南部一采区，水平标高为+890 m，北为9#煤南翼辅运下山，南为井田边界煤层保护线，东、西为实体煤层。巷道沿9#煤层顶板向南掘进，煤层厚度1.51～1.93 m，平均厚度1.60 m，倾角为2°～10°。直接顶为厚6.20 m 砂质泥岩，基本顶为厚5.40 m 细粒砂岩或石灰岩，直接底为厚1.60 m 砂质泥岩，基本底为厚2.40 m 灰岩。9#顶板属于稳定岩层，9104 运输巷掘进适合采用锚网索进行支护，支护参数见表1。

2 影响巷道掘进的关键因素

2.1 地质条件

9104 运输巷掘进至约460 m 处揭露一小型向斜，倾角最大为8°，顶板可能较为破碎；掘进至约540 m 处，巷道处于下山阶段，煤岩层倾角增大至13°～15°，巷道坡度增大，顶板可能较为破碎；巷道掘进至约720 m 处，遇走向165°、倾角8°向斜，顶板裂隙发育，巷道支护困难。

9104 运输巷探测水显示，存在9 煤物探异常区及3 煤采空及采空区物探异常。由于9 煤顶板距3煤底板54.82 m，因此，掘进前需要进行探放水，保证掘进施工安全。

2.2 支护参数

半煤岩巷道支护参数的合理与否，将严重影响施工进度。研究结果显示，在巷道掘进作业循环中，支护占总循环时间的30%～55%。因此，为提高半煤岩巷道的掘进速率，应选择合理的支护参数。

9104 运输巷采用锚网索进行支护，虽然能在一定程度上提高巷道的稳定性，但通过监测巷道围岩可知，受构造等因素影响，顶板部分区域出现破碎，影响支护效果。为保证巷道快速掘进，需优化顶板支护参数，提高围岩的承载能力。

2.3 施工工艺

悬臂式掘进机每进尺2 m，需停机采用锚网索支护，不能实现掘锚一体化，影响施工的连续性，掘进施工的进度减慢。同时，由于掘进区队管理制度方面问题，出现班组、工种之间协调配合不合理现象，在9104 运输巷掘进中浪费部分时间，影响巷道的快速掘进。

表1 9104 运输巷支护参数

3 支护参数数值模拟

3.1 模拟方案

采用UDEC 模拟9104 运输巷掘进相同进尺，分别采用4 m、6 m、8 m 锚索支护时巷道围岩的应力分布，确定最优锚索参数。建立240 m×600 m的力学模型，施加5.75 MPa 大小的垂直应力，水平测压系数为1，工作面材料参数见表2。

表2 9104 运输巷围岩力学参数

3.2 模拟结果分析

通过模拟得到9104 运输巷采用不同锚索长度支护时巷道围岩应力分布图如图1。

由图1 可知，9104 运输巷采用不同长度锚索支护时，锚索长度越长，施加预应力越大，对巷道顶板的支护强度更优，顶板稳定性好。但当巷道顶板所需预应力一定时，锚索长度越短，主动支护效果相对于长锚索更好。

为了保证巷道掘进后顶板的稳定性，综合各项需求，确定锚索预应力应当在120～160 kN 左右、长度在4～6 m 间支护效果更优。

图1 不同锚索长度围岩应力分布

4 快速掘进施工工艺

4.1 掘进施工工艺

9104 运输巷断面面积17 m2，综掘机无法一次成巷，为提高巷道的施工速度，应采用“短掘短支”的方式分层支护。将巷道分成上下两层，分别采用EBZ200 型悬臂式综掘机进行施工，上层断面高度在2.8 m 左右，每掘进2 m 采用锚网索进行支护。根据巷道围岩完整性不同，采用不同的施工工艺，提高巷道的掘进速率。南胶带巷掘进施工工艺如图2。

图2 南胶带巷掘进施工工艺

9104 运输巷掘进时，综掘机在煤岩结合位置进刀，按照先煤后岩的截割顺序依次进行施工，迎头每向前推进2 m，采用锚网索及时进行支护。支护后巷道围岩达到稳定状态时，才能继续进行施工。

4.2 多工序交叉平行作业

9104 运输巷掘进时，通过多工序交叉平行作业，同时进行多项工序施工，支护时可以同时检修掘进机、皮带等设备，提高施工效率。多工序平行施工示意图如图3。

图3 多工序平行施工示意图

4.3 支护优化

为提高支护强度，保证9104 运输巷的快速掘进，将原支护参数进行优化，每排布置9 根锚索，并将锚索排距由800 mm 增大至1000 mm，锚杆排距由800 mm 增大至850 mm。

5 效果

5.1 支护效果检验

9104 运输巷采用锚网索支护后，每间隔20 m设置监测站，监测巷道围岩变形量，验证巷道支护效果。监测结果如图4。

图4 9104 运输巷监测变形量

由图4 可知，对9104 运输巷支护参数进行优化后，在观测120 d 内，巷道顶板和两帮围岩变形量分别为28 mm、35 mm，始终保证在合理范围内，能保证巷道安全掘进。根据监测结果可知，支护参数优化能提高围岩支护强度，保证巷道的安全掘进。

5.2 安全生产效果分析

9104 运输巷采用快速掘进施工工艺后，巷道掘进速率明显加快，由之前90 m/月提升至150 m/月。巷道长度700 m，原计划施工周期为7.8 个月，当采用快速掘进施工后周期缩短至4.7 个月，比原定计划提前3.1 个月完工，大大提升了矿井的经济效益。

6 结论

（1）以9104 运输巷为研究对象，分析了地质条件、支护参数及施工工艺等影响巷道快速掘进的因素。采用UDEC 模拟巷道采用不同长度锚索支护时围岩应力分布，确定锚索预应力120～160 kN、长度4～6 m 间更优。

（2）采用分层施工，在煤岩结合处进刀，通过多工序交叉平行作业，提高施工效率。

（3）对原支护参数进行优化，增大锚杆、锚索排距，监测结果表明，优化支护参数后能保证巷道安全掘进。