巷道掘进中锚杆支护优化技术的研究

2021-10-15刘阳

机械管理开发 2021年9期

刘阳

（晋能控股煤业集团晋华宫矿，山西大同 037016）

引言

巷道快速掘进成巷是关系着煤矿安全生产的重要因素，尽管近些年来巷道掘进作业的机械化水平有所提高，但是由于在施工作业中掘进与支护这两个工序是相互分离的，导致巷道掘进效率低，影响着巷道的快速掘进[1]，且其中锚杆支护时间占成巷时间的比例过大，这也是严重制约巷道快速掘进的主要原因[2]。本文通过研究在巷道仅有顶部锚杆支护的前提下，监测巷道围岩的变形情况，进而提出巷道锚杆分次支护的优化方法，将掘进作业与帮部锚杆支护作业进行有效融合，大幅缩短锚杆支护在巷道成巷中的时间，不仅能保证煤矿巷道开挖的安全，且可达到快速成巷，提高煤矿作业的高产、高效等目的。

1 锚杆分次支护优化技术的介绍

传统的巷道锚杆支护技术，是在巷道掘进机开挖至一定深度后，掘进机退出并停止工作，紧接着在刚完成掘进面的顶部和帮部支护所有的锚杆，其中的掘进与支护作业是相互分离的[3]。而锚杆分次支护优化技术关键在于改变原先一次成巷支护的作业模式，即先在支护断面上进行顶部锚杆的支护，随后随巷道掘进作业的同时再进行帮部锚杆的支护。具体是，当巷道开挖时，掘进机沿掘进方向完成一个开采周期后，掘进机后退并停机，利用锚杆机在顶部支护一定数量的锚杆，其中支护是由外向掘进头方向支护并紧跟掘进面；紧接着，掘进机继续前进并进入下一掘进循环周期，再在其顶部支护一定数量的锚杆，以此循环推进；而帮部锚杆的支护是在滞后掘进面一定距离后，随前方巷道掘进的同时，进行后方帮部锚杆的支护[4]，从而减少部分锚杆支护在巷道掘进中的时间，实现快速掘进成巷。

2 锚杆分次支护优化技术的工艺流程

本文以某矿为研究对象，顶部锚杆支护的具体工艺流程为：先掘进2.5 m（一个循环周期）时，在该掘进面巷道顶部的中央位置处支护2根锚杆，支护3排；在下一掘进面同样的位置处支护2根锚杆，支护3排，另外还要在该支护锚杆位置处的两旁再各支护1根锚杆，排数一样，以此循环推进，完成后续掘进面顶部锚杆的支护。另外，本文中的帮部锚杆支护是在滞后距掘进面21 m时进行的。总体支护布置示意图如图1所示。

图1 总体支护布置示意图（单位：mm）

3 锚杆分次支护优化技术的分析研究

为便于研究分析，本文顶部锚杆支护采用的参数均相同。通过2中的描述可知：在距掘进点0~2.5 m的范围内，锚杆支护根数为2，排数为3；在3.5~7.5 m范围内，根数为4，排数为5；在8.5~10.5 m范围内，根数为6，排数为3。由于在进行帮部锚杆支护时，滞后掘进面的距离21 m大于10.5 m，因此，本文主要是研究在顶部锚杆支护后，而帮部锚杆还未支护的前提下，监测距掘进起始点2.5 m、7.5 m、10.5 m共三处位置下巷道围岩的变形情况，得到如下页图2、图3、图4所示的模拟云图。

图2 距掘进面2.5 m处的变形（mm）情况

图3 距掘进面7.5 m处的变形（mm）情况

图4 距掘进面10.5 m处的变形（mm）情况

由图2可知，距掘进面2.5 m断面处，巷道围岩竖向最大位移约5.4 mm，沿纵向变形量约0.16%；水平最大位移约2.2 mm，沿横向变形量约0.04%。从图中可以看出，开挖断面仅在顶部锚杆支护下，巷道围岩产生了一定的变形，但变形量很小，表明通过仅在顶部支护一定数量的锚杆，可保证煤矿巷道顶板的稳定。

由图3可知，距掘进面7.5 m断面处，巷道围岩竖向最大位移约9.4 mm，沿纵向变形量约0.27%；水平最大位移约4.2 mm，沿横向变形量约0.08%。由图2和图3对比可知，随巷道的开挖掘进，围岩变形在逐渐增大，但都很小，表明随顶部锚杆支护数量的增加，围岩变形仍在可控范围内，能达到继续保证巷道顶板稳定的目的。

由图4可知，距掘进面10.5 m断面处，巷道围岩竖向最大位移约14.6 mm，沿纵向变形量约0.41%；水平最大位移约9.3 mm，沿横向变形量约0.17%。对比图2、图3、图4可知，随着开挖掘进面距离的增大，巷道围岩竖向和水平位移变形也逐渐增大，且在越远离掘进起始点处，围岩的变形最大，但变形值都较小，且均都在可控的范围之内。综合可得出，在巷道掘进过程中，采用锚杆分次支护优化技术，可保护巷道稳定，实现前方巷道掘进开挖和后方帮部锚杆支护的同步进行，实现巷道快速成巷。