煤礦掘進(jìn)巷道超前支護(hù)方式的應(yīng)用及選擇

　　巷道掘進(jìn)是煤礦生產(chǎn)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。“采掘并重，掘進(jìn)先行”，巷道的快速掘進(jìn)是保證礦井高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)措施。掘進(jìn)技術(shù)及其裝備水平直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的能力和安全。以懸臂式掘進(jìn)機(jī)為主體的高效機(jī)械化掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)是保證礦井實現(xiàn)高產(chǎn)高效的必要條件。近年以來，隨著能源結(jié)構(gòu)與增長方式調(diào)整，煤炭產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，煤炭經(jīng)濟(jì)運行形勢日趨嚴(yán)峻，采掘失調(diào)、煤巷掘進(jìn)速度偏低的突出問題愈加嚴(yán)重，礦井開采準(zhǔn)備周期長，時間和經(jīng)濟(jì)成本高。為實現(xiàn)煤炭企業(yè)安全高效生產(chǎn)和低成本運行，因此，突破煤礦巷道掘進(jìn)及超前支護(hù)技術(shù)成為關(guān)鍵性問題。
　　1概述
　　某煤礦位于某市西部、西山煤田東北部，距某市五一廣場19.8km。井田西北與西銘礦相連，東南與官地礦接壤，東北以9#煤層露頭為界，西南與邢家社普查區(qū)相鄰，形態(tài)大致為NE—SW走向的長方型，長約10km，寬約6.48km，面積69.7km2。本研究通過對該礦山巷道支護(hù)與掘進(jìn)方案進(jìn)行設(shè)計，為提高該礦巷道掘進(jìn)安全性和進(jìn)度提供參考。
　　2掘進(jìn)技術(shù)
　　2.1懸臂式掘進(jìn)機(jī)與單體錨桿鉆機(jī)配套作業(yè)線
　　現(xiàn)階段我國煤巷仍舊以懸臂式掘進(jìn)機(jī)為主，配套設(shè)備主要由懸臂式掘進(jìn)機(jī)、單體錨桿鉆機(jī)、橋式轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī)組成。該作業(yè)線操作靈活，適應(yīng)性好，適用于單巷掘進(jìn)，應(yīng)用最為廣泛。懸臂式巷道掘進(jìn)機(jī)由主機(jī)以及配套設(shè)備組成。在切割巖石破落之后，通過轉(zhuǎn)運機(jī)構(gòu)將其傳遞至尾部，之后利用運輸機(jī)將巖渣送走。在進(jìn)行切割的過程中，可以滿足任意形狀斷面的需求，并且還可以保證較高的精確度，有利于后續(xù)支護(hù)。該設(shè)備對于復(fù)雜地質(zhì)條件具有極強(qiáng)的適應(yīng)力，可以方便的進(jìn)行轉(zhuǎn)彎與爬坡，主要是用于采煤準(zhǔn)備巷道的掘進(jìn)，也可以在其余巷道施工中應(yīng)用，并且巷道斷面可以是任意形狀。但掘進(jìn)和支護(hù)不能平行作業(yè)，以犧牲掘進(jìn)時間為代價，掘進(jìn)速度較慢。
　　2.2連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車配套作業(yè)線
　　連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車配套作業(yè)線配套設(shè)備由連續(xù)采煤機(jī)、梭車、給料破碎機(jī)、帶式輸送機(jī)、四壁鉆桿鉆車、鏟車組成。該作業(yè)線需要交叉換位施工，適用于巷道條件較好的大斷面雙巷或多巷，掘進(jìn)速度快，但對地質(zhì)條件要求較高，僅在我國神東榆林部分礦區(qū)得到應(yīng)用，適應(yīng)范圍局限。
　　2.3掘錨機(jī)組掘錨一體化掘進(jìn)
　　掘錨機(jī)組掘錨一體化掘進(jìn)配套設(shè)備由掘錨機(jī)組、橋式轉(zhuǎn)載機(jī)、轉(zhuǎn)載破碎一體機(jī)、帶式輸送機(jī)組成。該作業(yè)線實現(xiàn)了掘錨平行作業(yè)，適用于巷道斷面大的單巷掘進(jìn)，掘進(jìn)速度最快，在適宜地區(qū)能夠顯著提高掘進(jìn)效率，但對地質(zhì)要求較高，使用范圍受到限制。
　　3巷道支護(hù)方案優(yōu)化設(shè)計
　　3.1超前支護(hù)方案設(shè)計
　　本研究設(shè)計采用超前錨桿支護(hù)方案。首先將超前錨桿打入巷道掘進(jìn)前方穩(wěn)定巖層內(nèi)，末端支承于拱部圍巖內(nèi)專為超前錨桿提供支點的徑向懸吊錨桿，爆破前，在巷道幾何尺寸要求的外圍約200mm的井巷輪廓線外，每隔800mm間距打注1個20mm×2000mm螺紋鋼錨桿，角度與巷道前進(jìn)方向成45°夾角，錨桿尾部使用調(diào)心球墊和300mm×300mm（長×寬）木托板，錨桿端頭使用1支MSCK2360型和MSK2380錨固劑，實現(xiàn)全長錨固，錨桿預(yù)緊力不宜小于200N·m。放炮前，有必要逐根檢查錨桿預(yù)緊力大小。放炮炮眼眼口位置應(yīng)低于錨桿墊片150mm以上，且周邊眼實行光面爆破，以便對超前錨桿產(chǎn)生最小的影響力。放炮后，人員不得進(jìn)入空頂下作業(yè)，應(yīng)先檢查超前錨桿的支護(hù)情況，同時對錨桿的錨固力進(jìn)行檢查。在超前錨桿支護(hù)有效的情況下，對爆破地段的頂幫進(jìn)行敲幫問頂和處理浮巖活石，之后方可進(jìn)行下一工序作業(yè)。
　　3.2管棚尺寸參數(shù)設(shè)計
　　管棚長度可通過以下經(jīng)驗公式確定。L=1+Hcotφ+0.5式中：L為管棚長度；φ為巖層的內(nèi)摩擦角；H為圍巖垮落高度，根據(jù)1201運輸平巷圍巖性質(zhì)，取H=2.51m，φ=26°，帶入公式計算可得L=5.6m。在確定管棚長度時，若圍巖巖性較差，可適當(dāng)增加管棚長度，若圍巖巖性較好，則可減小管棚長度，結(jié)合1201運輸平巷地質(zhì)條件綜合考慮管棚長度，取L=6m。為了便于管棚現(xiàn)場安裝，采用分節(jié)制作及安裝的方法，選用直徑50mm，壁厚為5mm、每節(jié)長度3000mm的無縫鋼管，將鋼管管端削尖以便于插入圍巖，前后2根鋼管的搭接部分采用絲扣連接，絲扣長度不低于100mm。
　　3.3注漿加固方案設(shè)計
　　該礦軟巖巷道除采用錨桿支護(hù)外，也采用了管棚支護(hù)方式。在進(jìn)行管棚支護(hù)時，待棚架架設(shè)完畢后，便需進(jìn)行掛網(wǎng)、噴漿以及注漿處理，確保U型鋼能夠均勻承載。經(jīng)過現(xiàn)場分析確定的注漿參數(shù)為水灰比1∶1，雙漿體積比0.04∶1。在實際操作過程中，由于巷道不同地段的圍巖狀況、裂隙發(fā)育程度不同，可對水灰比進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，但水灰比不宜小于0.5∶1，但也不宜大于1.5∶1。針對巷道實際特點，可選擇及時初噴以及滯后復(fù)噴模式。在巷道掘進(jìn)過后，需及時進(jìn)行噴漿處理。在掘進(jìn)機(jī)后方進(jìn)行復(fù)噴時，可保持與滯后注漿平行作業(yè)。滯后噴漿可以在一定程度上釋放巷道應(yīng)力，并且之后噴漿層也不易出現(xiàn)開裂問題，同時滯后噴漿還能夠與注漿保持平衡作業(yè)，有利于進(jìn)一步加快施工速度。初噴作業(yè)在巷道開挖以后及時進(jìn)行，初噴厚度為50mm。滯后噴漿緊跟掘進(jìn)機(jī)后方作業(yè)，與注漿同時進(jìn)行，噴漿厚度為100mm，在復(fù)噴前應(yīng)用高壓水沖洗初噴面。
　　4掘進(jìn)技術(shù)研究
　　4.1掘進(jìn)機(jī)截割方式優(yōu)化設(shè)計
　　掘進(jìn)機(jī)截割方式的好壞對掘進(jìn)機(jī)工作效率、成巷質(zhì)量及施工速度具有重要的影響，在掘進(jìn)過程中要根據(jù)不同圍巖情況選擇合理的截割方式，當(dāng)巖石硬度較小時，先用截割頭在左下角掏槽后，向上按S型進(jìn)行切割；當(dāng)巖石硬度不同時，先在較軟位置進(jìn)行掏槽，然后再進(jìn)行全斷面截割；當(dāng)巖石較硬時，根據(jù)巖石硬度及節(jié)理裂隙發(fā)育情況綜合確定鉆進(jìn)深度，再逐步擴(kuò)大到全斷面。
　　4.2巷道底板軟弱導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)行走困難
　　當(dāng)?shù)装遢^軟時，可通過在履帶下墊木板來加強(qiáng)其行走能力，若底板積水較多，先進(jìn)行上部截割，待截割下來的物料與水混合后再進(jìn)行下部的截割；在積水較多區(qū)域可隔一段區(qū)域建立蓄水池，來收集巷道上部流下的泥水，并通過泥漿泵進(jìn)行排水。
　　4.3施工組織與管理優(yōu)化設(shè)計
　　在原施工方案基礎(chǔ)上，對工序網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，每個掘進(jìn)班在1個班內(nèi)進(jìn)行兩輪截割，架2架U型棚，注漿作業(yè)緊跟掘進(jìn)機(jī)后方，與支護(hù)作業(yè)平行進(jìn)行；原施工方案中人工挖柱窩占用了大量的時間，因此改為掘進(jìn)機(jī)開挖。