阳煤集团开元公司井下巷道掘进工艺的优化研究

刘俊杰

（阳煤集团开元公司生产技术部， 山西 寿阳 045400）

随着科技的发展和技术水平的不断进步，煤矿井下的综采作业效率不断提高，井下巷道的掘进效率逐渐成为制约煤矿综采效率进一步提升的瓶颈[1]。本文以阳煤集团开元公司井下巷道地质情况为基础，其9714 进风巷，长度1 360 m，宽度5 m，高度3.7 m，煤矿井下的煤层厚度在3.4～5.8 m 之间，煤层的平均厚度约为4.6 m，煤层的倾角在2.1°～11.9°之间，平均倾角约为7.1°，巷道顶板以沙岩和泥岩为主，在巷道的底部主要是以西沙岩为主，整体结构相对复杂、煤层和岩层之间稳定性较差，顶板破碎度较高，属于易垮落顶板结构。由于该矿井下地质条件的特殊性，导致采用传统的支护和井下掘进工艺时，存在着支护稳定性差、效率低下、掘进作业过程中顶板开放时间长，易垮落的难题，给煤矿井下的掘进作业造成了较大的樱花，因此本文针对性的提出了巷道掘进优化方案，通过掘进机截割工艺优化、多工序平行作业工序优化、机载临时支护优化等，建立了一套适应于该矿特殊地质条件的掘进新工艺，根据在阳煤集团开元公司的实际应表明，优化后极大的提升了巷道掘进速度，对提升煤矿综采作业安全性和经济性具有极大的作用。

1 巷道掘进工艺的优化研究

随着综采作业的进行，煤矿井下巷道的掘进深度和难度不断的增加，而且掘进深度越大巷道围岩的不稳定性和应力多变性就越突出[2]，因此需要根据煤矿井下的实际地质情况选择合适的掘进工艺方案，才能最大限度的降低对围岩稳定性的影响，减少施工作业时间，提高井下巷道的掘进效率和掘进质量。根据阳煤集团开元公司井下的实际情况，本文提出了以下掘进施工工艺。

1.1 掘进机截割工艺优化

由于井下巷道顶板结构完整性差，在按照成熟的中心进刀、四周拓展的掘进工艺进行时极易出现顶板的垮塌，不仅影响巷道掘进质量而且对井下掘进作业人员的安全造成了较大的隐患。在经过对巷道顶板结构应力变化情况长期监测和验证的基础上，提出了一种跨越式截割的掘进截割新技术，其在进行掘进作业时将掘进面分为两个部分，首先对顶板围岩破碎度高的一侧进行截割（截割宽度占掘进面的1/3），然后再对另一侧的部分进行截割，这样能够有效的减少掘进作业过程中的空顶时间，减少顶板的垮落，显著提升掘进稳定性和安全性，其结构路径结构如图1 所示。

图1 井下掘进截割路径示意图

1.2 多工序平行作业

由于煤矿井下巷道的支护作业所占用的时间占据了巷道掘进作业总时间的50%以上，若按常规的顺序作业的方式，完全无法缩短井下的综采作业时间，因此本文结合掘进作业时的全工序要求，对各个工序的开展周期、开展要求等进行充分分析的基础上，提出了多工序平行作业的掘进技术方案。为了在确保支护安全和稳定性的基础上最大限度的缩短支护作业时间，在经过多次验证后本文采用了一种滞后迎头一段距离的弱化支护时间方案[3]，该方案的核心在于对顶板和巷道的两个顶角位置设置锚杆，对最容易受力失稳的两个部分进行支护，然后沿着掘进作业面将锚杆设置在距离迎头约为20 m 的位置，且该部分锚杆在掘进机掘进后安装，不影响正常的掘进作业，通过该支护方案能够极大的降低永久支护所需的时间，实现了与掘进机的同步作业，锚杆支护时间缩短了50%以上。并且在支护的过程中可以同步对皮带机检修、掘进机维护等进行同步作业，各开展同步作业的工序如图2 所示。

图2 多工序平行作业示意图

2 机载临时支护方案

掘进机在进行掘进作业时，井下巷道的临时支护多采用单项立柱支护，该支护方式工艺复杂、支护强度低，无法抵御大范围的冲击地压的影响，使煤矿顶板易发生破碎，严重者甚至发生冒顶事故，严重影响了井下掘进安全和效率。因此为了提升井下临时支护的可靠性，降低临时支护作业周期，本文提出了一种新的记载临时支护方案。

机载临时支护的核心是设置一组机载前探梁[4]，在进行探梁设置时为了确保安全，该前探梁以长度为4 500 mm，直径为80 mm 的钢管构成，前探梁和巷道顶网之间要采用木板支护，木板的规格可采用1 600 mm×20 mm×20 mm，确保各木板之间连接的严密性，该临时支护方案的优点在于很好的克服了传统的支护效率低、稳定性差的难题，能够和多工序平行作业相结合，与传统的支护方式相比，该机载临时支护方案可将支护效率提升17%以上，机载前探梁的截割如图3 所示。

图3 机载前探梁结构示意图

3 结论

针对阳煤集团开元公司9714 进风巷巷道地质条件差、支护稳定性差、效率低下、掘进作业过程中顶板开放时间长，易垮落的难题，本文针对性的提出了掘进机截割工艺优化、多工序平行作业工序优化、机载临时支护优化方案，建立了一套适应于该矿特殊地质条件的掘进新工艺，根据研究表明：

1）针对顶板易碎巷道，应先对顶板围岩破碎度高的一侧进行截割，然后再对另一侧的部分进行截割，这样能够有效的减少掘进作业过程中的空顶时间，减少顶板的垮落，显著提升掘进稳定性和安全性。

2）滞后迎头一段距离的弱化支护时间方案能够极大的降低永久支护所需的时间，实现了与掘进机的同步作业，锚杆支护时间缩短了50%以上。并且在支护的过程中可以同步对皮带机检修、掘进机维护等进行同步作业。

3）与传统的支护方式相比，机载临时支护方案可将支护效率提升17%以上，且支护稳定性和可靠性均比传统临时支护方案有显著的提升。