復(fù)雜地質(zhì)煤礦快速掘進(jìn)工藝優(yōu)化研究

原 嘯

（西山煤電建筑工程集團(tuán)有限公司礦建分公司，山西 太原 030000）

引言

巷道掘進(jìn)工作顯現(xiàn)的地質(zhì)難題隨著煤礦的大量開采愈發(fā)顯著，綜采效率也受到很大影響。在安全開采的前提下提高巷道掘進(jìn)的速度受到支護(hù)方案選取的影響。所以對于煤巷的最優(yōu)支護(hù)方案的選取對采掘效率提升就顯得至關(guān)重要，以某煤礦為例，對影響快速掘進(jìn)的因素深入分析，設(shè)定不同的支護(hù)方法，針對性的進(jìn)行優(yōu)化，為快速掘進(jìn)技術(shù)的研究提供方案[1]。

1 地質(zhì)條件對快速掘進(jìn)的影響

煤礦在進(jìn)行快速掘進(jìn)工作時(shí)，地質(zhì)條件是首要重視的部分，對煤礦工作面的地質(zhì)情況進(jìn)行準(zhǔn)確的把握才能夠設(shè)定合適的采掘設(shè)備和支護(hù)方案，對快速采掘的效率影響巨大。對于松軟煤層，切割速度將會(huì)提升，但是會(huì)提升支護(hù)難度，導(dǎo)致支護(hù)工時(shí)增加;對于硬度、強(qiáng)度大的煤層，大大提升支速度，也會(huì)引起巨大的掘進(jìn)機(jī)功耗，設(shè)備維護(hù)時(shí)間和成本增加[2]。

所以合適且穩(wěn)定的頂板工作面對于快速掘進(jìn)意義重大，擁有良好的支護(hù)條件，在安全情況下保持掘進(jìn)和支護(hù)工作同時(shí)進(jìn)行，采掘工作效率顯著提升。

2 快速掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的優(yōu)化

2.1 礦井地質(zhì)概況

以某煤業(yè)為例，選擇的礦井為3#煤層，煤層均厚5.6 m，工作面設(shè)計(jì)長度為200 m，標(biāo)高250 m～500 m，藏深440 m～680 m。其頂?shù)装鍘r性，如表1 所示。

在2018 年，煤礦就建設(shè)起一只專業(yè)工作隊(duì)，通過綜合機(jī)械化進(jìn)行施工，但限于該煤礦復(fù)雜的地質(zhì)條件以及掘進(jìn)工作人員的素質(zhì)等問題，使得整個(gè)開采不夠協(xié)調(diào)。所以，在安全情況下，通過選取最優(yōu)支護(hù)方案實(shí)現(xiàn)該煤礦快速掘進(jìn)成為當(dāng)務(wù)之急。

2.2 試驗(yàn)巷道復(fù)雜地質(zhì)條件表現(xiàn)特征

在該煤礦進(jìn)行快速掘進(jìn)過程中，對井下情況完全掌握是必要的，以下即為了解到的該礦回風(fēng)順槽具體的地質(zhì)條件的表現(xiàn)特征：

1）直接頂?shù)哪鄮r和偽頂?shù)奶抠|(zhì)泥巖都是軟巖，容易塌落，巷道圍巖穩(wěn)定性差對快速掘進(jìn)產(chǎn)生影響。

2）工作面所在位置的地質(zhì)復(fù)雜，褶皺、斷層比較多，圍巖易碎，工程地質(zhì)條件較差，容易產(chǎn)生冒頂，影響快速掘進(jìn)。

3）煤層內(nèi)瓦斯?jié)舛雀?，壓力大，需要掌握掘進(jìn)工作面瓦斯涌出規(guī)律，進(jìn)行瓦斯治理。

4）煤層厚度變化大，斷層多，煤巷掘進(jìn)過程中巖石工程量大，掘進(jìn)與支護(hù)困難。

2.3 快速掘進(jìn)巷道分級弱化支護(hù)方案

滯后迎頭分級弱化支護(hù)技術(shù)來是新提出的一種可以適用于大多數(shù)煤礦的支護(hù)技術(shù)，該技術(shù)可以根據(jù)具體地質(zhì)情況精準(zhǔn)的控制復(fù)合頂板具體變形量，使得才具和支護(hù)工作同時(shí)進(jìn)行。即為首先設(shè)置主要承載錨桿，隨后將錨桿及錨索距離一段長度，增加了掘進(jìn)面與支護(hù)之間的距離，使得具有足夠空間實(shí)現(xiàn)兩者的同時(shí)進(jìn)行。通過對5 組方案模擬研究出最佳支護(hù)方案，方案布置表，如下頁表2 所示。

表2 方案布置表

2.4 不同支護(hù)方案的分析

如下頁表3 所示，為5 種支護(hù)方案通過FLAG3D建立數(shù)值模擬模型，分析得出的巷道頂?shù)装逡平勘?，這個(gè)數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確的反映出巷道在不同掘進(jìn)距離的圍巖變形量真實(shí)情況，為支護(hù)方案的優(yōu)化提供參考。

表3 巷道頂?shù)装逡平勘?/p>

分析表中數(shù)據(jù)可知，第5 組方案中，頂?shù)装逡平渴敲黠@大，剩下各組都較為相近，但從中也能得到，在不同的巷道掘進(jìn)距離情況下，第3 組方案較其他組都是最小的，所以，最合適分級弱化支護(hù)方案即為方案3[3]。

3 分級弱化支護(hù)方案的優(yōu)化

為了使得綜采設(shè)備和支護(hù)工作的協(xié)調(diào)而高效，且使得整個(gè)工作環(huán)境保持高度的安全性，所以盡可能的在支護(hù)中運(yùn)用錨網(wǎng)索，除正常情況下堅(jiān)持使用錨網(wǎng)索支護(hù)外，將傳統(tǒng)的矩形巷道方案放棄，使用人造拱形斷面巷道，如果頂板情況不樂觀的地方，在原來的基礎(chǔ)上補(bǔ)充錨桿和錨索，這樣能提升錨網(wǎng)索的支護(hù)效果，使得綜掘機(jī)的工作能力最大限度地施展，巷道成形的效果得到有效保障，支護(hù)和永久支護(hù)工作的效率顯著提升。

具體的優(yōu)化點(diǎn)重點(diǎn)在頂板永久支護(hù)和兩幫永久支護(hù)兩方面。首先，對于頂板永久支護(hù)，采用分級弱化支護(hù)技術(shù)進(jìn)行，需要將7 根錨桿打設(shè)在頂板，距離8 m的兩幫位置將8 根錨桿固定，距離15 m 位置將1 根錨索打設(shè)在頂部中間，距離20 m 位置將2 根錨索打設(shè)在頂部兩側(cè)。通過承重分析，工作面頂部錨桿以及幫部錨桿需完成不同材料的支護(hù)工作，承重?cái)?shù)值大的地方加固支護(hù)。對于兩幫永久支護(hù)優(yōu)化，在巷道兩幫先支護(hù)3 根，等采掘設(shè)備撤離后，立即在底腳錨桿位置補(bǔ)打，實(shí)現(xiàn)了支護(hù)時(shí)間減少，采掘效率大大提升[4]。

4 結(jié)論

綜上所述，針對煤礦存在的冒頂?shù)劝踩蛷?fù)雜地質(zhì)煤礦采掘效率問題，對傳統(tǒng)的采掘技術(shù)中的支護(hù)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提出一種滯后迎頭分級弱化支護(hù)技術(shù)，通過對不同掘進(jìn)距離的圍巖變化情況模擬分析后得出：

1）在5 種支護(hù)方案中采用支護(hù)方法2 這種巷道掘進(jìn)方法最可靠，能夠滿足在圍巖可控的安全工作前提下，擴(kuò)大掘進(jìn)時(shí)的支護(hù)距離，獲得較大的空間，減少了巷道迎頭支護(hù)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)與支護(hù)的平行作業(yè)，達(dá)到快速掘進(jìn)的目的。

2）這種支護(hù)技術(shù)為復(fù)雜地質(zhì)煤礦的快速開采提供了一種快速的支護(hù)方案，保障了企業(yè)開采的穩(wěn)定性和效率，具有很大的借鑒意義。