深部复杂地质下半煤岩巷快速掘进技术研究_郝志刚.pdf

深部复杂地质下半煤岩巷快速掘进技术研究郝志刚（山西焦煤汾西矿业正文煤业，山西孝义032300）摘要：深部复杂地质条件下实现围岩有效控制及高效支护是实现巷道快速掘进的基础。以山西某矿 31203 回风巷为研究对象，巷道采用 MB670/265 掘锚机实现掘进、支护及转载自动化操作，可为巷道快速掘进创造良好条件，但是受掘锚机悬臂摆动幅度制约，巷道中部锚索需要人工补打，导致巷道支护耗时长，影响掘进效率。基于此，提出采用柔性锚杆代替原有的锚杆、锚索支护顶板，并通过高预紧力长锚固方式提升柔性锚杆顶板支护效果，并对优化后围岩支护方案进行设计。经现场应用后，MB670/265 掘锚机可实现顶板柔性锚杆自动化施工，提升了锚杆支护效率并降低了支护耗时，巷道掘进进尺也提升至 650 m/月，实现了快速掘进。关键词：深部开采；巷道掘进；掘锚机；围岩支护；自动化中图分类号：TD263.5文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）06-0281-020引言巷道快速掘进是一项系统工程，掘进速度与掘进、支护、运输等设备自动化程度相关，同时受掘进、支护等工艺影响1-2。随着现代化、大型掘进设备应用推广，采面回采推进速度不断提升，煤炭开采普遍面临采掘接替紧张问题3。特别是深部开采时，巷道掘进普遍存在围岩支护难度大、支护耗时长、支护工序繁杂等问题，采用先进的支护技术、合理设计支护参数，对提高支护效率、降低支护耗时以及提升巷道掘进效率等均有显著促进作用4-6。本文就针对山西某矿 31203 回风巷掘进期间掘进速度偏低问题，提出采用高预紧力、长锚固的柔性锚杆技术代替传统的锚网索支护顶板，不仅可实现围岩有效控制，而且可减少支护耗时，实现了深部复杂地质条件下半煤岩巷道快速掘进，现场取得较好应用成果。1工程概况1.1地质概况31203 回风巷沿着回采的 12 号煤层掘进，煤层埋深在 615670 m、倾角 5、厚度 1.592.20 m。31203 回风巷设计掘进长度 4 590 m，按照设计的135方位角沿着 12 号煤层底板掘进，根据已有资料显示，掘进区域内煤层赋存较为稳定，中间夹杂 13 层碳质泥岩矸石；巷道掘进区域地质条件相对复杂，预计掘进至 1 200 m、1 800 m、2 450 m、3 213 m 等位置时会揭露有断层、向斜等地质构造，在断层、向斜构造影响区内发育有伴生断层，给巷道掘进带来一定制约。12 号煤层底板以砂质泥岩、细砂岩等为主，顶板岩性以砂岩泥岩、页岩及粉砂岩等为主。具体顶底板岩性特征见表 1。31203 回风巷用 MB670/265 掘锚机掘进，破煤岩、装载以及围岩支护等均由 MB670/265 掘锚机完成，通过梭车（10SC32-48C）、连运车（LY2000/980-10）、带式输送机（DSJ100/2160）相互配合实现原煤、矸石等外运，31203 回风巷设计为矩形断面（宽 5 400 mm、高3 200 mm），采用短掘短支工艺。1.2围岩支护原方案31203 回风巷原设计采用锚网索支护方式，顶板用规格 20 mm2 200 mm 锚杆（螺纹钢）、规格17.8 mm6 300 mm 锚索（钢绞线）及规格 6.5mm5 400 mm1 100 mm 金属网（网格 100 mm），锚杆、锚索布置间排距分别设为 1 100 mm、1 100mm，1 500 mm、3 000 mm。非采面帮采用 20 mm2 200 mm 锚杆（螺纹钢）+6.5 mm3 300 mm1 100 mm 金属网（网格 50mm）支护，锚杆布置间排距为 1 100 mm、1 000 mm；采面帮用 27 mm2 000 mm 锚杆（玻璃钢）+3 300mm1 100 mm 双抗塑料网（网格 50 mm）支护，锚杆间排距为 1 100 mm、1 000 mm。支护断面如下页图 1所示。31203 回风巷采用锚网索支护方案时，顶板支护工序多、耗时长，同时受 MB670/265 掘锚机悬臂摆动幅度制约，中间锚索需要人工施工，增加了支护耗时。现场统计发现，回风巷掘进进尺在 490 m/月，无法满足巷道快速掘进需要，为此需要对现有支护工艺进行收稿日期：2022-08-01作者简介：郝志刚（1989），男，山西孝义人，毕业于太原理工大学采矿工程专业，本科，助理工程师。总第 242 期2023 年第 6 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 242No.6，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.06.114顶底板名称平均厚度/m岩性岩性描述直接顶13.26粉砂岩、泥质砂岩浅灰色、致密伪顶0.35页岩/砂质泥岩灰黑色、水平层理发育，含植物化石12 号煤1.592.20煤结构简单，局部含 13 层夹矸直接底8.29碳质泥岩、细砂岩钙质胶结，含植物化石，中部夹杂有煤线表 1顶底板岩性特征技术应用机械管理开发第 38 卷优化。2巷道支护优化2.1顶板支护技术为提高巷道围岩支护效率、减少支护耗时，采用高预紧力长锚固技术+柔性锚杆对顶板进行支护。采用的高预紧力长锚固锚杆相对于普通锚杆而言，可实现跨界支护，确保岩体稳定7-8。柔性锚杆是一种材质为钢绞线的高预紧力长锚固锚杆，配备锁具预紧，杆体可承担 1 860 MPa 以上强度。柔性锚杆具备有预紧力高、增载性能强以及工艺性能优越等优点。2.2支护优化设计根据现场情况并结合高预紧力长锚固技术、连续梁理论等，基于下述原则对顶板支护方案进行优化：充分发挥围岩深部岩体性能，达到限制浅部围岩变形目的；重新设计锚杆布置间排距，实现低密度高效能；针对预紧力随时间增加而减少问题，对锚杆二次或者三次加预紧力，确保锚杆始终处于高预紧力状态。结合上述分析并针对现有支护方案存在问题，优化后的顶板采用规格 21.8mm4000mm 柔性锚杆+6.5 mm5 400 mm1 100 mm 金属网（网格 70mm）支护，柔性锚杆布置排距为 1 100 mm，间距有1 057 mm、1 986 mm 两种，具体支护断面如图 2 所示；柔性锚杆采用 1 支 CK2370+1 支 Z2370 树脂锚固剂锚固，确保有效锚固长度在 2 300 mm 以上、端头外露长度在 300 mm 以内，配合规格 300 mm300mm16 mm 拱形钢托盘、KM22 锁具支护。顶板锚杆钻孔钻进采用 27 mm 钻头，施加的预紧力控制在200 kN 以上。巷帮支护参数与原支护设计保持一致。3现场应用效果分析在支护优化段间隔 100 m 布置 2 个测站并通过十字测量法对巷道围岩变形情况进行监测，监测持续时间为 90 d。在监测期间 2 个测站获得顶板、底板及巷帮变形量分别为 125 mm、32 mm、89 mm，围岩变形量整体较小，表明优化后的支护方案可满足围岩控制需要。支护优化后通过 MB670/265 掘锚机即可实现顶板所有锚杆施工，从而显著提升了顶锚杆支护效率。对巷道掘进进尺情况进行监测，发现支护优化后巷道掘进进尺可达到 650 m/月，掘进速度提升 32.7%，为巷道快速掘进创造了良好条件。4结论1）结合 31203 回风巷掘进区域现场地质情况以及掘进、支护、运输设备配备情况，对围岩支护参数等进行分析，现场采用的 MB670/265 掘锚机可实现高效破煤岩、围岩支护。导致巷道掘进进尺不高的主要原因是顶板中部锚索需要人工补打，存在支护耗时长、效率不高等问题，导致巷道围岩支护无法完全实现自动化。2）根据现场条件以实现 MB670/265 掘锚机自动化支护为出发点，对巷道顶板支护方案进行优化，具体通过高预紧力长锚固柔性锚杆代替原支护用的锚杆、锚索，通过 MB670/265 掘锚机即可实现巷道顶板支护，并对 31203 回风巷顶板支护方案进行详细设计。现场应用后，优化后的支护方案可满足围岩控制需要，其中顶板、底板及巷帮变形量分别控制在 125mm、32 mm、89 mm 以 内，由 于 锚 杆 均 可 通 过MB670/265 掘锚机施打，显著提升了围岩支护效率，巷道掘进进尺由优化前的 490 m/月提升至 650 m/月，掘进速度增幅达到 32.7%。参考文献1邵朱军，孙柱.高庄煤矿半煤岩巷快速掘进锚杆支护参数优化J.能源与节能，2021（9）：19-21.2谢廷深，宋景利，刘兆辉.半煤岩巷快速掘进技术研究J.内蒙古煤炭经济，2021（1）：47-48.3李杰.党家河矿半煤岩巷掘进迎头长距离临时支护技术研究D.焦作：河南理工大学，2020.4李荣先.深部复杂地质条件下半煤岩巷快速掘进技术探析J.中国设备工程，2020（6）：218-220.5贺富杰.半煤巷快速掘进施工工艺的选择及应用效果分析J.山东煤炭科技，2018（12）：65-67.6郝长胜，徐仁，尹旭，等.半煤岩巷快速掘进支护参数优化研究J.煤炭技术，2018，37（8）：12-14.7丛利.深部复杂地质条件下半煤岩巷快速掘进技术J.煤炭工图 1原支护断面（单位：mm）图 2优化后巷道支护断面（单位：mm）锚索（钢绞线）17.86 300螺纹钢锚杆玻璃钢锚杆202 200272 0006501 1001 500155 4001515151 1001 1003007003 200螺纹钢锚杆202 200玻璃钢锚杆272 00021.84 000柔性锚杆151515153 2005 4001 1001 1003007001 9866501 057993993（下转第 287 页）2822023 年第 6 期Application of Automatic Drainage Device for Water Exploration and Release in InclinedRoadwayLi Tianliang（Shanxi Gaoping Kexing Niushan Coal Industry Co.,Ltd.,Gaoping Shanxi 048400）Abstract:Based on the fact that during the construction of water exploration and discharge in the cutting lane of 90105 comprehensivemining working face of Niushan coal mine,due to the large inclination angle of the lane,the water flow from the water exploration anddischarge borehole flows directly into the low-lying area at the entrance of the cutting lane,resulting in a large water flow in the cuttinglane,serious equipment damage,and the water cannot be discharged from the working face effectively in time,which not only affects therapid digging of the lane,but also seriously threatens the safety of water exploration and discharge construction in the lane,Niushan coalmine through The companys products and services are available in a wide range of sizes and sizes.Through the practical application effect,it has achieved significant applica