复杂地质条件下掘锚一体快速掘进技术

＊张斌峰

（山西汾西矿业集团水峪煤业有限责任公司 山西 032300）

随着工业规模扩张，煤炭资源的消耗量也逐渐攀升，而容易开采的煤矿不断在减少，其余的煤矿采掘的难度系数要大的多，这也导致了煤矿开采施工遭受到严重的限制。若是不对采掘技术进一步强化和提升，则会促使相应的煤矿资源无法合理运用。作为煤矿开采的重要组成部分，煤巷快速掘进作为煤矿开采的重要工作，其显著特征主要体现在开采煤矿过程中，巷道掘进施工对整个工程具有决定性的作用。掘进工作面施工主要与掘进工艺技术、支护成效还有相关的机械配套设备等因素相关。煤矿所在区域不同，其地质、水文还有岩层等条件也具有差异性。因此实现快速掘进，所选取的技术工艺、支护手段以及相关配套机械设备也有所不同。通过实质分析，应用掘锚一体技术，配套相关机械设备，能够对掘进施工过程中的问题进行针对性的优化和改进措施，从而实现岩巷掘进效率提升的目标。

1.掘锚一体技术的优势

煤矿采掘过程中，煤巷快速掘进发挥着极其重要的作用。现阶段，随着掘锚一体技术的持续优化和发展，进一步提升了煤矿工程掘进作业的质量和效率。从其具体使用过程分析，掘锚一体技术的优势特征主要体现在：第一，通过在煤矿生产应用掘锚一体化技术进行作业，能够促使单巷掘进成巷的速度提升超出50%。普遍情况下而言，掘锚一体化施工循环会保持在30min的时间范围内。正常条件下，煤矿掘进每日进尺为30～40m，每月进尺为1000～1100m。从此方面可以分析出，采取掘锚一体技术能够在确保安全施工的前提下，进一步提升掘进效率。第二，能够进一步降低顶板在采掘过程的暴露时间，以机械化形式操作，确保锚杆支护的水平符合施工要求，调整完善支护的功能。第三，该项技术工艺的运用，对于条件比较差的顶、帮情况以及单巷或者双巷掘进施工具有良好的作用。伴随科学技术创新发展，掘锚一体快速掘进技术也在持续升级，无论是配备的机械设施还是应用到的其他工艺，都在相应的调整革新，促使掘锚一体快速掘进技术可从最大程度上去适应各种复杂地质条件、掘进困难的施工作业，并且也能确保施工工作效率、工程质量符合要求[1]。

2.掘锚一体快速掘进技术应用注意事项

（1）前期勘察工作要落实到位。做好地质勘探是掘锚一体快速掘进技术在复杂地质条件中应用前的必要项目，需要在工程施工前明晰所关联的位置区域中的具体地质条件，以此才可以快速掌握相关数据信息并且以此来开展有效的施工设计。煤巷快速掘进也需要遵循此原则，做好事前的勘测准备工作，以此来精准定位相关区域的煤层开采具体情况、地质应力等影响因素[2]。

（2）制定针对性的瓦斯控制防治措施。掘锚一体快速掘进技术应用于具体施工环节，需要加大对两方面防控工作的关注力度。其一是需要利用支护工艺从整体上强化巷道应力、承载力还有煤层构造的稳定性；其二增大对瓦斯防治控制工作。复杂地质条件下，岩层的构造条件相对复杂，环境条件变化比较大，这样会导致煤矿之中的瓦斯会源源不断地排放到外部。如果缺少针对性的技术措施来对瓦斯进行稀释处理，浓度超出限制会加大瓦斯爆炸的概率，进而形成较大的安全隐患。预防和控制瓦斯浓度，需要做好两个方面的工作。即实施监测瓦斯浓度情况和瓦斯采集排放。煤矿通风安全监测监控系统的主机在运行的过程当中，各个分站会与监测监控主机之间持续保持通信联络，并且这些分站还会利用传感器来开展相关信号的传输与接收工作。不同分站还会将已经接收到的信号作为转换和监测工作开展的数据支撑，这些数据还囊括了模拟量、开关量和累积量。煤矿巷道中安设的通风系统运行效率则是影响瓦斯采集排放的主要因素，要在掌握巷道具体开采情况，以此来明确通风口的设置数量。

（3）重视通风防尘作业。复杂地质条件下，应用掘锚一体快速掘进技术进行采掘施工环节中，会促使巷道当中的粉尘浓度不断上升，同时煤层作业环境中也会生成一些有毒有害气体，其在释放过程中会带来严重的安全危害，因此进行巷道掘进施工作业，必须选用符合实际施工条件的通风防尘技术。巷道中粉尘浓度持续加大，可能会导致爆炸事故发生，并且对于施工工人的身体状况也会产生较大的负面影响，有害气体带来的影响后果也是如此，在进行通风防尘操作环节中，必须进行针对性的巷道风压设计，保证风压参数适应实际通风条件要求。

（4）选用合理科学的爆破工艺。其一，精准定位掏槽眼的具体设置区域，如果煤巷当中有岩石破碎带产生，同时还伴随着裂隙问题发生，需要将掏槽眼设置到相关的位置。有效运用掏槽手段，必须应用中空眼作为辅助，通过掏槽爆破环节来开创自由面。除此之外，其对于周围眼间距设置、钻孔工艺的条件要求相对比较严格，才能促使更加适应巷道爆破环节中轮廓成型的标准条件。其二，掏槽眼和崩落眼绝大多数情况下需要应用到连续装药构件，以此来防止间隙效应带来的负面影响，降低了掏槽手段的应用效果。周边眼普遍所使用的装药构件为空气柱间隔不耦合的结构形式，其还可以实现连接多个竹片，并将其一同放到炮孔中，从而来调整和优化药包串动的问题。其三，针对炮泥填塞作业，明确规定作业要求，促使爆破成效更加符合预期作业要求。因此，在填充和捣实炮泥的相关环节中，还要精确定位药卷放置的位置，同时按照具体实施条件来对炮泥封堵距离适当放宽。其四，复杂地质条件下应用掘锚一体快速掘进技术，要进一步提升掘进的质量水平，必须有效应用打眼工艺。影响打眼作业的具体因素有风锤风压、风锤数量等。

3.掘锚一体快速掘进技术应用实践分析

（1）煤矿地质条件总体情况分析。某煤矿工程中，其井田的总体面积为351.94km2，勘测煤炭的地质储量为9.45亿吨，可采储量也会6.4亿吨，整个煤矿的煤层的平均厚度在3.39m。煤炭质量比较稳定优质，属于低中灰、低硫、低磷、中挥发份、高发热量、粘结性中等的一号肥气煤和二号弱粘结煤，其焦煤含量为1/3，同时属于环保优质的动力煤和炼焦配，并且还能够作为气化、低温干馏等进行煤炭深层次加工的原材料。其工作面的开采煤层属于侏罗系当中的统延安组，主要是暗煤，其次则是亮煤，有少部分的丝炭，属于半暗型的煤炭，内部有裂隙发育生成。煤层的整体厚度在2.7～5.75m，煤层的厚度平均值为5m，煤层倾角的具体数值在0～4°范围内，平均值保持在1°，煤层的下方部位存在0～1层夹矸，煤层的普氏硬度在f=2～3，夹矸的普氏硬度在f=3～5。

（2）在采用掘锚一体快速掘进技术时，快速掘进设备主要有一台掘锚一体机、一台锚杆转载机、一台煤矿用带式转载机、一台带式转载机用自移机尾、一台湿式除尘器和四部胶带运输机。参与施工人员队伍主要应用“三八制”作业施工形式。整个队伍包括三个班组，即检修班、生产一班和生产二班，检修班的工作主要对设备进行检修并且做好各项准备工作，两个生产班则做好掘进工作。其所应用的掘锚综合机组主要是循环式作业模式，每一个工作循环可朝前推进的最大限度为1m，同时开展截割和锚护施工作业。

（3）煤矿巷道快速掘进支护设计分析。①顶部支护分析。锚索和钢带相结合开展施工作业，每一根钢带需要施工四根，靠近帮处顶的锚索和顶板以75°进行施工，其他余下的锚索全都和巷道形成垂直状态并进行顶板施工。钢带的长度为5000mm，锚索间隔排列的距离为16000mm×2000mm，锚固采取树脂端部来进行，每一根锚索需要配备四卷树脂药卷，而垫片的规格参数维持在800mm×800mm×10mm。锚杆布设需要应用顶锚杆，与钢筋托梁配合使用来展开支护施工，每一排需要应用到7根锚杆，靠帮处的顶锚杆和顶板以75°来展开施工，其他余下的锚杆则和巷道顶板垂直并进行施工，锚杆的间隔排列距离保持在8000mm×1000mm，选取树脂端部的锚固手段，每一根锚杆需要搭配四个树脂药卷和金属托盘，其规格参数具体为1500mm×1500mm×12mm。

②帮部支护分析。开采工作面的侧面帮位置上下支护需要应用两根树脂锚杆，两根设置在中间位置为左旋螺纹钢锚杆，每一排搭配应用4根锚杆，锚杆之间的间隔排列距离保持在10000mm×1000mm，临近顶板帮位置的锚杆距离顶板为300mm。应用树脂端部进行锚固，每一根锚杆搭配两个树脂药卷。需要对树脂锚杆垫置木托板，其规格参数为4000mm×2000mm×50mm，并进行横向安装。左旋螺纹钢锚杆需要垫置规格参数为2000mm×2000mm×12mm的锚杆托盘。

煤柱侧面帮部分，其每一排需要搭配施工4根左旋螺纹钢锚杆，锚杆的间隔排列距离保持在10000mm×1000mm，临近顶板帮位置的锚杆距离顶板为300mm。锚固方式采用树脂端部锚固，应用树脂端部进行锚固，每一根锚杆搭配两个树脂药卷。需要对树脂锚杆垫置木托板，其规格参数为2000mm×2000mm×12mm。

（4）掘锚一体快速掘进技术施工工艺及其特征分析。其一，针对工艺流程而言，煤矿巷道实现快速掘进需要应用到的设备有掘锚机进行截割，还有运锚机、可弯曲胶带转载机、自移机尾、带式输送机对煤炭进行运输。掘锚机采取循环式施工操作模式，每个工作循环前推进最大限度为1m，涉

及到两道施工程序，即截割和支护，并且二者呈现平行作业模式。需要相对应的操作施工人员对截割和支护分别召开作业。在截割之前，掘锚机在临时支护位置是处在升起的状态，在这之后于支撑位置呈现支撑状态。其施工过程具体为，先进行截割，降下开展临时支护施工、收后支撑，再继续行走并铺网，之后上升开展临时支护施工以及左右稳定性，再联网，进行永久支护，接着再以该流程循环开展下一截割作业。

4.掘锚一体快速掘进技术应用要点

图1 锚杆支护

（1）重视支护手段应用。复杂地质条件下，应用掘锚一体快速掘进技术中，合理设计支护工艺是非常有必要的，支护技术的应用实施与煤巷周边岩层质情况存在直接关联性，类型不同的岩层其结构特性具有较大差异性，并且其整体应力作用类型也有所不同，在这种条件下极易产生煤巷岩层坍落事故。在巷道支护作业中容易遭遇软岩层，此种类型的岩层具有较大的支护难度，主要由于其抗形变能力不足，并且外部环境对其影响大，致使其产生碎裂掉落的情况。现阶段对于此类岩层，其支护手段更多应用锚索支护技术，经过锚索固定、金属网防护，实现稳固岩层结构目标，从而增强其应对外部力学因素的侵扰能力。锚索支护技术在大跨度断面支护上的应用效果比较显著，在冒顶区也能够相应凸显承载力大的优势。此外，锚注支护、锚杆支护都可以与其他支护手段共同用于巷道支护中用以强化航道稳固性。煤矿巷道因为围岩本身结构不稳定，遭受浸泡软化，并且存在锚杆锚索支护技术应用方案设计的不合理，支护效果会被削弱，因而在对冒顶问题制定解决方案时，需要关注锚固增强的问题。第一，延长锚杆的长度，根据实际将顶板锚杆进行更换，其他零件参数保持不变；第二，更换顶部位置中锚索的规格尺寸，在增加直径的同时，适当延长长度。

（2）配套掘锚一体掘进机设备。依据煤矿煤巷布设方式区别，在进行大断面快速掘进作业时，通常会遇到大拐弯的情况，利用综合掘进机能够有效解决拐弯施工中产生的问题[3]。其一，弯道在施工过程中有左转弯、右转弯之分，在左转弯施工时，因为综合掘进机操作台处于该掘进机的左边，司机能够一眼看到左转弯处的具体情况，但是右转弯时处在视野盲区，需要辅助人员来指明，即需要司机在操作环节中清楚截割点所在位置，防止出现超割、少割或割到支架的现象。其二，在摆机的过程中，要按照综合掘进机的前行、后退以及截割臂与履带等相互配合来对作业方向实时调整，这对司机的技术经验有着严格的要求，如果司机操作不熟练，容易导致摆机不连贯。其三，弯道掘进作业时，需要保持巷道底板平整，但是因为空间还有综合掘进机本身的局限性，需要将综合掘进机掘运设备进行拆除，出渣利用耙矿搭配导向滑轮进行。其四，综合掘进机在右转弯处摆机时，辅助人员指令要明确，指挥要得当，同时安排观察人员向指挥人员做好情况汇报，再经过指挥人员指挥司机完成摆机操作。

图2 割煤工序

图3 掘锚一体机

5.结束语

综上所述，在快速勘探开采的情况下，煤矿复杂的地质条件对我国煤炭的开采效率、开采安全性均产生了一定限制，并且还存在着瓦斯、油型气、煤帮破碎、支护量大等多重影响因素，因此也对采煤工程发展带来了阻碍。在煤炭开采工作中，巷道掘进以及支护工作是其重点内容，想要有效改善煤矿采煤工程的整体发展态势，必须针对煤矿复杂地质条件采取针对性快速掘进技术。