半煤巷快速掘進(jìn)施工工藝的選擇及應(yīng)用效果分析

賀富杰

（晉能集團(tuán)忻州有限公司，山西 忻州 034000）

1 工程概況

泰安煤業(yè)為晉能集團(tuán)忻州有限公司下屬煤企，開采11號煤層，煤層自身構(gòu)造相對簡單，薄煤層，緩傾斜。開展半煤巷掘進(jìn)施工作業(yè)時，采用破底方式，主要是針對粉砂巖和泥巖等進(jìn)行截割施工。

11102工作面運(yùn)輸順槽坡度10°，巷道總長1120m，半煤巷設(shè)計長度600m。半煤巷工作面順槽標(biāo)高+770～ +782m。11號煤層偽頂為0.1～0.7m的泥巖，直接頂為2～3.21m的含鈣泥巖，基本頂為4.15～4.6m的泥質(zhì)粉砂巖；直接底為2.32～7.84m的泥巖。

2 半煤巷掘進(jìn)施工工藝選擇

2.1 按照半煤巷的長度加以確定

半煤巖巷長度對其掘進(jìn)施工工藝影響較大，當(dāng)巷道長度值較短時，應(yīng)用鉆孔爆破作業(yè)工藝較為合適，同時還需要配置相應(yīng)的裝載機(jī)械和耙斗機(jī)械；當(dāng)巷道長度值較長時，應(yīng)用綜掘機(jī)械開采工藝則更為合適。該礦井半煤巷長度較長，故選擇綜掘機(jī)械開采工藝。

2.2 按照半煤巷巖石性質(zhì)選擇

半煤巖巷巖石性質(zhì)對掘進(jìn)施工工藝也具有較大影響，當(dāng)半煤巷掘進(jìn)過程中，進(jìn)行截割處理的巖石結(jié)構(gòu)厚度較大，而且?guī)r體的強(qiáng)度值較高時，適宜采用綜掘機(jī)械化開采技術(shù)，配置重型硬巖掘進(jìn)機(jī)械，這樣才能確保半煤巷掘進(jìn)作業(yè)的效率。并且，在半煤巷的掘進(jìn)作業(yè)過程中，也可以輔助以松動爆破施工技術(shù)，輔助綜合機(jī)械化掘進(jìn)作業(yè)。

根據(jù)該礦實際地質(zhì)條件，選擇采用綜掘機(jī)械化開采技術(shù)，同時還需要配置重型硬巖掘進(jìn)機(jī)械。

3 半煤巷快速掘進(jìn)施工效果

3.1 施工效果

按照上述設(shè)計的各項作業(yè)參數(shù)，工作面順槽掘進(jìn)速率較高，成巷質(zhì)量同樣也得以改善。依據(jù)半煤巷作業(yè)現(xiàn)場的相關(guān)數(shù)據(jù)來看，半煤巷從2017年5月開展首次作業(yè)之后，到2017年8月作業(yè)完工，工期經(jīng)過了90d的時間，共進(jìn)行了533個循環(huán)作業(yè)，掘進(jìn)的總長度達(dá)到近500m，超出了之前預(yù)設(shè)的月進(jìn)度目標(biāo)。在作業(yè)完成之后，巖體的塊度也相應(yīng)減少，而且?guī)r體粒徑變得更加均勻，對于裝巖施工是非常有利的。半煤巷的成巷作業(yè)也全部達(dá)到要求，優(yōu)良率超過了86%，同時沒有出現(xiàn)欠挖現(xiàn)象，最大超挖值被有效控制在150mm之內(nèi)。

3.2 圍巖位移監(jiān)測

（1）圍巖位移監(jiān)測站和監(jiān)測點的設(shè)置

從半煤巷進(jìn)行掘進(jìn)施工作業(yè)起始，每間隔距離為30m加設(shè)監(jiān)測站點，監(jiān)測站點的編號分別為1#～4#，一共設(shè)置有四個監(jiān)測站點。在對測點的位移進(jìn)行測量過程中，采用的方法為十字交叉法，全面測量半煤巷頂板結(jié)構(gòu)和兩幫結(jié)構(gòu)位移量。

（2）半煤巷位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

由于工作面作業(yè)使用的工藝技術(shù)為傾斜長壁采煤工藝，煤層的傾斜角度值平均約為10°左右，故巷道掘進(jìn)施工是沿著煤層走向開展掘進(jìn)作業(yè)的，半煤巷深度值同樣也要隨著開采作業(yè)不斷進(jìn)行而有所增大，各個監(jiān)測站點便會存在相應(yīng)垂直距離。由于煤層傾斜角相對較小，所以各個監(jiān)測站點的垂直距離相對較小，這對于監(jiān)測結(jié)果的影響不大。1#站點至4#站點測量的兩幫結(jié)構(gòu)和頂板結(jié)構(gòu)移近量數(shù)據(jù)如圖1和圖2所示。

由圖1中數(shù)據(jù)可以得出，半煤巷掘進(jìn)施工的90d時間之內(nèi)，兩幫結(jié)構(gòu)移近量最大數(shù)值為178.5mm。從4#監(jiān)測站點的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)信息可以得到，兩幫結(jié)構(gòu)監(jiān)測到的移近量，沿半煤巷下山方向有著不斷增加發(fā)展趨勢，但是具體增加值不大，增加值只有6mm左右。由于在采用快速掘進(jìn)施工作業(yè)之前，半煤巷已完成掘進(jìn)量達(dá)140m左右，而半煤巷的設(shè)計長度僅僅有600m，因此，半煤巷最深部位兩幫結(jié)構(gòu)發(fā)生位移的數(shù)值也不會太大。整體上看，巷道的整個服務(wù)期限之內(nèi)，基本上可以正常的應(yīng)用。

由圖2中數(shù)據(jù)可以得出，半煤巷頂板結(jié)構(gòu)出現(xiàn)形變情況下，形變速率在掘進(jìn)作業(yè)開始實施之后約1月后位移速率才逐漸增加，最大的位移速率約為6.3mm/d，在經(jīng)過兩個月的快速掘進(jìn)作業(yè)施工之后，頂板位移速率慢慢地趨向穩(wěn)定，頂板變形量最大值為150mm左右，同時圍巖的收斂相對較小。因此，從圖中可以看出，由于巷道支護(hù)應(yīng)用了錨網(wǎng)索帶聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，可以顯著地控制頂板結(jié)構(gòu)位移，有效地改善圍巖結(jié)構(gòu)強(qiáng)度值，確保煤炭資源開采作業(yè)更加安全與經(jīng)濟(jì)。

圖1 兩幫移近量變化情況

圖2 頂板移近變化情況

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

在泰安煤業(yè)應(yīng)用半煤巷快速掘進(jìn)工藝方法之后，每個月的進(jìn)度計算公式如下：

上式中：

N-每一天之中所完成的掘進(jìn)循環(huán)次數(shù)；

M-每一月之中快速掘進(jìn)作業(yè)天數(shù)，d；

L0-單次循環(huán)作業(yè)的進(jìn)尺值，m。

由上式同時參考現(xiàn)場監(jiān)測到的相關(guān)數(shù)據(jù)信息可以計算出月進(jìn)度：

在采用快速掘進(jìn)施工方法之后，半煤巷的掘進(jìn)速率得以有效增加，由以往80m/月提升到了140m/月。由于巷道設(shè)計的總長度值是600m，開始計劃約8個月左右時間完工，而在采用了快速掘進(jìn)施工技術(shù)之后，能夠確保半煤巷掘進(jìn)周期減少到4.3個月左右，可以提前約4個月完工，極大地縮短了施工時間。

5 結(jié)論

本文以泰安煤業(yè)11102工作面半煤巖巷運(yùn)輸順槽掘進(jìn)為工程背景，對半煤巖巷快速掘進(jìn)施工工藝進(jìn)行設(shè)計，并驗證了該工藝的實用性和經(jīng)濟(jì)性。主要結(jié)論有：

（1）11102工作面運(yùn)輸順槽采用綜掘機(jī)械化開采技術(shù)，配置重型硬巖掘進(jìn)機(jī)械進(jìn)行半煤巖巷的快速掘進(jìn)，半煤巷的成巷作業(yè)全部達(dá)到要求，優(yōu)良率超過了86%，最大超挖值被有效控制在150mm之內(nèi)。

（2）半煤巷快速掘進(jìn)施工效果良好，頂板及兩幫變形較小，且分析經(jīng)濟(jì)效益發(fā)現(xiàn)，采用快速掘進(jìn)施工方法后，半煤巷的掘進(jìn)速率得到有效增加，不僅極大地縮短了施工時間，同時也有效地提升了煤礦企業(yè)利潤。