綜采工作面切眼大斷面掘進工藝研究

李廣友

（陽煤集團壽陽開元礦業(yè)有限責任公司，山西 壽陽045400）

隨著煤礦井下采煤技術的飛速進步，各類自動化程度高的機械設備不斷投入使用，為了滿足井下設備的轉運和布置需求，因此要求綜采工作面的切眼斷面尺寸增加，為了確保巷道在綜采作業(yè)過程中的穩(wěn)定性，需要采用加密支護的方案。傳統的切眼施工技術在工作時首先要進行切眼小斷面掘進施工，然后控制掘進機后退到掘進面的入口處，對小斷面進行擴口作業(yè)，該技術方案雖然掘進質量相對較高，但需要反復調整作業(yè)面掘進設備布置，掘進和支護需要串行作業(yè)，掘進面需進行兩次浮煤清理，巷道掘進效率極低，而且在進行擴幫的過程中由于小斷面未進行支護，巷道穩(wěn)定性較差，在礦壓波動和掘進擾動作用下易發(fā)生垮塌事故，嚴重影響煤礦井下巷道掘進效率和安全性。

結合綜采工作面的實際地質情況和掘進需求，提出了一種新的切眼大斷面掘進方案，利用大斷面一體式支護方案實現了掘進作業(yè)面的一次支護，通過掘進工藝流程優(yōu)化，實現了巷道掘進作業(yè)效率的提升，根據實際應用表明該新的掘進方案能夠將大斷面的掘進效率提升34.6%，巷道頂板離層值比優(yōu)化前降低了96.3%，對提高井下巷道掘進速度和安全性具有極大的意義。

1 一次成巷技術優(yōu)化

某掘進工作面，煤碳的厚度約為4.7 m，傾角約為4.6°，工作面長度約為220 m，斷面處的截面約為14.95 m2，切眼斷面的高度約為2.6 m，寬度約為7.6 m。傳統的一次成巷技術在開口施工時需要進行人工炮掘開口，效率低，危險性大，因此提出利用掘進機進行拐彎抹角開口的掘進方案，在開口抹角的地方利用直徑為17.8 mm，長為6 200 mm的錨索配合防護網支護，在開口處施工深度大于6 m后利用掘進機進行掘進出煤。在掘進時先挖掘一個橫向寬度為4.4 m的斷面，施工完成后利用前探梁進行支護，固定完成后再對外斷面實施擴口，利用先掘后擴的連續(xù)掘進方案，既保證了巷道掘進作業(yè)時的掘進質量又解決了一次掘進后支護不及時導致的巷道垮塌。

在施工過程中如果遇見突然出現的斷層情況，則只會方式需要根據頂板的完整度進行確認，若頂板完整度高，那么可以采取正常的支護形式，若頂板出現破碎、圍巖穩(wěn)定性差，那么久需要調整施工方式，采用小斷面施工作業(yè)，將錨桿的間距和排距縮小為目前的1/2，同時對錨桿和錨索支護處進行打錨索加強支護，提高支護體的穩(wěn)定性。

2 大斷面一體式支護

為了提升切眼斷面成巷過程中的穩(wěn)定性和支護效率，本文提出了一種新的大斷面一體式支護技術。在掘進時首先對切眼位置約30 m范圍內的主體巷道采用錨索網聯合支護，錨桿采用直徑為20 mm，長為2 m的高強度錨桿，錨索采用直徑為17.8 mm，長為6.2 m的鋼絞線，護網使用直徑為30 mm的雙層金屬錨網。各個支護錨桿的橫向距離設置為0.95 m，各個錨桿的縱向距離設置為1 m，錨索布置時橫向距離為1.9 m，縱向距離和錨桿間距一致，均設置為1 m，該布置結構的優(yōu)勢在于根據切眼斷面結構，針對性的進行加強支撐，工作量少，效率高，穩(wěn)定性好。

在擴幫的過程中需要對部分區(qū)域的巷道進行臨時支護，傳統支護方案同樣采用了錨桿+錨索的支護形式，雖然穩(wěn)定性高，但在支護時需要大量人員進行支護材料的轉運和組裝作業(yè)，區(qū)域內支護完成后還需要大量的人員進行拆卸和物料轉運，因此支護和拆卸速度極低，極大的限制了巷道掘進效率的增加。在采用新的巷道掘進工藝和一體式支護方案后，巷道頂板的穩(wěn)固性得到了大幅的提升，因此在擴幫過程中無需專門的加強支護。本文提出了一種切眼的臨時支護方案，以工字鋼、梁板和鋼絲吊環(huán)為基礎。每個前探梁和3個吊環(huán)配合使用。在需要支護的位置，首先設置前探梁，然后將前探梁、板梁和巷道頂板接觸并呈三角形支護牢固，用吊環(huán)進行固定。

在支護的時采用“邊掘邊支”的方式，盡量縮短支護距離，保證掘進和支護的串行施工，提高支護效率和可靠性，臨時支護體的最大控頂距離不得大于1 m，根據實際驗證表明在該距離范圍內能夠實現變支護邊掘進，既能夠保證支護的可靠性，又不影響掘進效率。

3 巷道穩(wěn)定性監(jiān)控

為了對該新的大斷面切眼掘進工藝的可靠性進行驗證，在巷道內設置在線監(jiān)測系統，對采用新掘進工藝方案45 d內的掘進作業(yè)情況進行監(jiān)控。主要關注巷道頂板的離層情況，在監(jiān)測時，根據井下地質情況，選擇2處監(jiān)測點，每個監(jiān)測點設置3組傳感器，分別布置在頂板穩(wěn)定性較差的區(qū)域，以便更有效的對掘進作業(yè)過程中的頂板離層情況實施監(jiān)控，結果如圖1所示。

圖1 頂板離層情況監(jiān)測匯總

由實際監(jiān)測結果可知，在監(jiān)測點1處，前40 d的頂板離層值基本無變化，從第40 d起，離層量迅速加大，最大為1.3 mm。在監(jiān)測點2處，前35 d頂板離層值無變化，從第35 d開始頂板力層值開始增加，最大為1.5 mm。遠小于優(yōu)化前40 mm的頂板離層值，頂板離層值降低了96.3%，因此可知，采用新的掘進工藝后，頂板離層情況得到了有效的控制，極大提升了掘進過程中巷道的穩(wěn)定性。

在該巷道掘進過程中，優(yōu)化前巷道的日掘進長度約為4.7 m/d，優(yōu)化后其掘進速度達到了6.33 m/d，掘進效率提升了約34.6%，結合對掘進過程中頂板離層情況的監(jiān)控，可知新的井下切眼大斷面掘進工藝，能夠顯著提升井下巷道掘進效率和安全性。

4 結論

針對井下綜采面切眼大斷面支護結構復雜、掘進效率低下的難題，提出了一種新的綜采工作面切眼大斷面掘進工藝，實現了對切眼大斷面掘進施工效率和安全性的提升，根據實際應用表明：

1）先掘后擴的連續(xù)掘進工藝，既保證了巷道掘進作業(yè)時的掘進質量又解決了一次掘進后支護不及時導致的巷道垮塌。

2）在支護的過程中采用“邊掘邊支”的方式進行，盡量縮短支護距離，保證掘進和支護的串行作業(yè)，提高支護效率和可靠性。

3）優(yōu)化后巷道頂板離層值比優(yōu)化前降低了96.3%，巷道掘進速度比優(yōu)化前提升了34.6%，新的巷道掘進工藝能夠顯著提升井下巷道掘進效率和安全性。