半煤岩巷快速掘进技术及合理支护参数的研究

孙小民 程元满

（平顶山天安煤业股份有限公司 十三矿，河南 平顶山 467000）

在煤矿巷道工作面的作业过程当中，为了实现煤矿矿井生产的高效性，在确保矿井生产作业安全稳定开展的前提条件下，对巷道掘进速度进行合理的提升，这一点是尤为关键的。与此同时，对于煤矿巷道掘进快速性、安全性、以及高效性的保障，是确保煤矿采掘工作面接替工作得以正常且顺利开展的基础性保障之一。特别是对于半煤岩巷而言，如何实现巷道掘进的快速性，这一问题已成为当前各方人员研究的重点所在。与此同时，为了使煤矿矿井生产更具安全性、以及经济性方面的优势，就需要结合半煤岩巷巷道掘进的实际情况，制定科学且合理的支护参数。本文即对其做详细分析与说明。

1 半煤岩巷工作面基本概况

某半煤岩巷工作面煤层以光亮型为主，夹带少量暗煤、以及镜煤，且煤层分布多呈现出带状性特征。现场测定数据显示：半煤岩巷工作面煤层硬度系数在1.7～2.1范围之内，煤层分布情况及其厚度分别为：第一层为煤层，厚度为0.36m；第二层为煤矸石，厚度为 0.56m，第三层为煤层，厚度为 0.71m，第四层为煤矸石，厚度为0.84，煤层结构平均厚度为1.31m，平均密度为1.47t/m3。同时，从煤层结构构造的角度上来说，由于该半煤岩巷工作面的地质构造并不复杂，煤层结构整体呈现出单斜性的构造特点，倾斜角角度在3°～5°范围之内。同时，从水文地质条件的角度上来说，该半煤岩巷工作面水文地质条件简单，正常状态下，每分钟的涌水量在 0.06m3～0.09m3 范围之内。

2 半煤岩巷快速掘进技术分析

在现阶段的技术条件支持下，半煤岩巷快速掘进主要可以通过基于掘进机的掘进方式、或者是基于钻眼爆破的掘进方式实现。结合对本文所例举半煤岩巷工作面的实际情况来看，选取基于掘进机的掘进方式。具体的实施要点可归纳为：

从快速掘进基本工艺施工流程的角度上来说，巷道掘进全过程当中，有一部分区段需要采取基于全岩石的掘进方式，同时针对其他巷道采取半煤岩巷的掘进方式。在实际的巷道掘进作业过程当中，除做好前期安全性检查及班次交接工作以外，需要通过对胶带的接延处理，在完成延架操作的基础之上，完成割煤操作以及所出煤料的运输工作，在敲帮问顶的基础之上，铺设相应的金属网装置，配合锚杆支护基础之上，对施工现场进行清理，完成一次巷道掘进的动作循环。

在整个半煤岩巷快速掘进施工的实施过程当中，需要特别注意的一点是：应当借助于经纬仪装置，于施工现场标明中线点，在使用激光指向仪对所标注中线进行指示的过程当中，按照指示方位进行巷道掘进工作。每次所掘进长度需要严格控制在100.0m范围之内，对于超出范围的巷道掘进区域，需要延长激光。

3 半煤岩巷快速掘进支护参数的确定

锚杆是在半煤岩巷快速掘进过程当中，主动性的支护方式之一。对比常规意义上的金属网等支护方式项目，应用锚杆支护在施工工艺、力学效应、以及工程造价方面均有着突出的优势。特别是在锚杆支护使用经验不断发展与成熟的背景下，为了确保支护参数所确定的合理性与科学性，就需要通过数值模拟计算的方式，建立在现场监测基础之上，实现对支护参数信息的动态反馈。

结合本文所例举半煤岩巷工作面巷道掘进的实际情况，通过对FLAC数值模拟分析技术的应用，能够为巷道快速掘进工作面支护方案的合理选取，以及参数的可靠设计提供必要的理论支持。假定结合该工作面的实际情况，确定有两种基本性的支护方案，其一为巷道沿底板布置，对一部分顶板岩层予以割除；其二为巷道沿中间布置，对一部分底板岩层以及顶板岩层予以割除。为了选取最为合理的支护方案，就通过应用FLAC数值模拟软件的方式，对巷道快速掘进过程中，工作面巷道的破坏程度以及位移情况进行了综合分析。对比方案2，方案1仅于工作面前部出现剪切破坏，剔除了拉伸破坏对工作面的影响。同时，所产生的顶板位移量方面，方案1明显小于方案2，因此选取方案1作为支护方案。

在该支护方案作用之下，相关支护参数的确定需要重点关注如下问题：（1）有关锚杆长度参数的确定：结合单体锚杆悬吊理论，锚杆长度的计算方式应当为“锚杆外露部分长度+安全系数*软弱岩层厚度+锚杆锚固长度”。因此，确定本工程中的锚杆长度参数为1.8m；（2）有关锚杆直径参数的确定：在充分遵循杆体抗拉力与锚杆锚固力一致性原则的基础之上，对于锚杆直径参数的计算可以通过如下方式实现 “0.357·锚杆锚固力参数/锚杆杆体材料设计抗拉强度参数”。因此，确定本工程中的锚杆直径参数为2000mm；（3）有关锚杆支护间距参数的确定：建立在锚杆悬吊作用理论的基础之上，锚杆支护间距参数的确定可以按照如下方式实施 “≤（锚杆拉拔力极限值/安全系数*软弱岩层厚度*软弱岩层平均密度参数）﹣1”。因此，确定本工程中的锚杆支护间距参数为900.0mm。

4 结束语

本文首先就半煤岩巷工作面的实际情况进行了简要分析，结合实例，对半煤岩巷快速掘进技术实施方案的选取，以及相应的操作流程予以了说明。进而，在对整个巷道快速掘进工作面进行FLAC数值模拟的基础之上，研究了支护参数的确定方案，上述问题希望能够为后续实践工作的开展提供一定的参考与帮助。

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