煤巷快速掘进技术的研究与应用

郝永亮

（潞安集团寺家庄有限责任公司，山西 昔阳 045300）

引言

煤矿生产中的掘进和回采为两个关键生产环节，装备的性能、采煤技术及掘进技术等直接决定煤矿的生产能力和生产效率。经研究可知，当前煤矿实际生产中综合掘进效率跟不上综合采煤效率，导致两个环节之间存在较大的差距，进而影响煤矿的生产效率。因此，实现煤巷工作面的快速掘进是提升矿井生产能力的突破口[1]。本文着重对煤巷快速掘进技术进行研究，并对其应用效果进行验证，为后续建立科学的煤巷掘进体系，实现煤矿科学、高效、安全的开采奠定基础。

1 工程概况

长河煤矿的煤炭储量为1 340.5 Mt，目前该煤矿的生产能力为每年10 Mt，煤层的倾角范围为0°～3°，采用斜井与立井相结合的方式进行开采，其中斜井为主运输，平硐为辅助运输，立井为回风井。本文着重对长河煤矿31304工作面的快速掘进进行研究，31304工作面的顶底板情况如表1所示。

表1 31304工作面顶底板情况

如表1所示，31304工作面顶板岩层的强度较低，容易发生坍塌、冒落等事故。因此，实现该工作面快速掘进的前提为对其顶板进行合理支护[2]。经探测，31304工作面在掘进期间的正常涌水量预计为15 m3/h。为保证掘进期间不发生透水事故，要求所采取的防水措施可预防50 m3/h的涌水量。

2 工作面支护的初步设计

结合31304的地质条件及实际支护经验，采用“锚杆+锚索+钢筋网”的联合支护方式对掘进工作面进行支护。采用综合计算分析法和工程经验类比法设计31304工作面的初步支护方案如下：

2.1 顶锚杆参数

采用直径为18 mm的无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆对应长度为2 100 mm，锚杆间距为900 mm，锚杆排间距为1 000 mm，每排锚杆的数量为6根，最小预紧力矩为100 N·m。

2.2 左帮锚杆参数

采用直径为18 mm的玻璃钢锚杆，对应锚杆的长度为2 000 mm，锚杆的间距为1 100 mm，锚杆排间距为1 000 mm，每排锚杆的数量为2根，最小预紧力矩为50 N·m。

2.3 右帮锚杆参数

采用直径为16 mm的圆钢锚杆，对应锚杆长度为1 800 mm，锚杆的间距为1 100 mm，锚杆排间距为1 000 mm，每排锚杆的数量为2根，最小预紧力矩为100 N·m。

2.4 锚索参数

采用直径为17.8 mm、长度为5 000 mm的钢丝绞线，锚索间距为2 200 mm，锚索排间距为2 000 mm，锚固长度为1 800 mm。

为保证煤巷的支护质量，在实际施工过程中严格按照工艺及质量要求进行，具体质量要求如下页表2所示。

表2 工作面支护质量要求

3 快速掘进技术研究

实现煤矿工作面的快速掘进，需要高性能掘进设备和合理掘进工艺的相互配合[3]。因此，本节着重对掘进设备和掘进工艺的选择进行具体研究。

3.1 掘进机及其配套设备的优化

结合31304工作面的地质、煤层等条件，本工程选用MB670掘锚机完成对煤巷的掘进任务。任何工作面的掘进均需完成破、落、装、运，以及对巷道的支护等工序[4]。根据掘进任务工序和工作面巷道断面面积及底板情况，配置与MB670掘锚机相匹配的设备，关键配套设备如表3所示。

表3 31304关键掘进配套设备

除表3中所述的关键设备外，在实际掘进施工中还需配备胶带机、通风机、激光指向仪及电气控制的相关设备等。

3.2 掘进工艺流程的最优化设计

掘进任务包括破、落、装、运四个环节。首先，在破岩的过程中严格按照地测站标定的中边线施工，在本工程中中边线分别距离巷道左右两帮2.5 m，且本次掘进设计的循环进尺为1 m。实际破岩过程中经历升刀-扫顶-进刀-破岩四个环节[5]。

结合31304工作面的现场情况和掘进效率，设计如下工艺流程：

掘锚机沿着中边线破岩后，采用锚杆钻机及时对巷道顶板和两帮进行支护，所破下的岩石经刮板输送机-连运车-装载胶带机及各个环节的胶带运输机运送至大巷，最后运输至地面。

4 快速掘进技术的应用

31304工作面的快速掘进是在稳定支护的基础上采取最佳掘进设备组合和掘进工艺实现的。因此，快速掘进技术的应用效果可通过对煤巷围岩的控制和掘进效率进行验证。

4.1 煤巷围岩的控制效果

对于所采用支护手段对煤巷围岩的控制效果，可通过顶板离层监测仪对顶板的离层量进行监测；采用测枪对巷道顶板和底板的位移量进行监测；采用压力表对锚杆的受力状况进行监测。经现场监测，得出如下结论：

1）在煤巷中设计了两个监测点，分别对煤巷顶板总的离层量进行监测。经监测得知，两个监测点的离层量分别为39 mm和35.5 mm。而且，煤巷离层较为严重的区域位于浅部范围。

2）经现场实际施工可知，在巷道掘进初期距离掘进50 m的范围内，顶板的下沉量为70 mm，底板对应的底鼓量为52 mm；距离掘进头60 m的位置，顶板的下沉量达到稳定并且保持在90.5 mm，底鼓量最终为79.1 mm。

4.2 掘进效率分析

采用本文所设计的快速掘进方案后，4月整个巷道的掘进量为930 m，而且5月的掘进量达到最大，为1 326 m。而采用传统掘进工艺对应每个月的平均掘进量仅为538 m。总的来讲，采用掘锚机相对传统掘进机对应的掘进效率可提高2.5倍；而且，随着掘进工艺的不断成熟，其掘进效率还会继续提升。

5 结语

煤矿生产能力主要受工作面的掘进和回采效率所决定。目前我国煤矿工作面的回采效率已经具有显著的优势；而工作面的掘进效率偏低，与回采效率无法相匹配、适应，进而制约整个煤矿的生产能力。为此，实现煤巷的快速掘进对提升煤矿生产力具有重要意义。本文以掘锚机为主体，在对煤巷采用“锚杆+锚索”联合支护的基础上，为掘锚机配套了相应的设备和最佳工艺。实践表明，掘锚机相对应的掘进效率为普通掘进机的2.5倍。