工作面大巷快速掘进工艺优化.pdf

总第2 15 期2023年第10 期工程技术摘要：为解决当前工作面掘进速度与采煤速度不匹配的问题，以2#煤层所属工作面为例在对其地质条件分析的基础上，对工作面的地应力和围岩松动圈进行测试；然后，根据现场摸底情况对永久支护方式、施工工序进行优化，核心采用掘锚护一体化的掘进工艺；最后，通过实践生产验证快速掘进工艺的优化效果。关键词：快速掘进；掘锚护一体化；掘进速度；掘进工艺；顶板离层中图分类号：TD263.2煤炭作为当前主要利用的资源之一,将来对煤炭资源的需求量将会越发增大。因此，需要提升煤矿的生产能力和生产效率以满足实际应用的需求。目前，制约煤炭开采消费的主要原因为掘进效率低所导致。因此,实现煤矿采掘效率的平衡化对于保证矿上的开采效率非常重要，尤其是如今主要开采对象为深部煤层。本文将结合实际生产对影响煤矿快速掘进的因素进行综合分析，并最终对快速掘进工艺进行优化。1工程概况本文以2#煤层所属工作面为例开展系列研究，该工作面煤层的平均厚度为3.2 m，煤层平均倾角为6。整体上，该工作面的地质条件处于层理并且节理发育状态。经预测，工作面在实际掘进过程中所涌出的瓦斯的最大绝对值为0.36 m/min。2#煤层所属工作面的顶底板条件,如表1所示。表12#煤层所属工作面顶底板条件顶底板类型岩石名称平均厚度/m岩层颜色为灰色，表现为中厚层老顶砂质泥岩7.63直接顶细粒砂岩8.99基本顶泥岩直接底细粒砂岩13.48基本底粉砂岩20.65经对2#煤层所属工作面地质条件的煤岩层的力学性能进行测试得出：该工作面基本顶的抗压强度为19.27MPa，直接顶的抗压强度为4.8 4MPa；工作面直接底的抗压强度为2 6.2 1MPa，基本底的抗压前度为64.56MPa。总的来讲，2#煤层所属工作面直接顶抗压强度较小，即说明其稳定性较差，容易在巷道掘进过程中出现较大的变形。而且，工作面顶底板中的砂质收稿日期:2 0 2 2-10-14作者简介：晋弘，男，19 8 7 年出生，毕业于中国矿业大学，本科，助理工程师，从事调度专业相关工作。山西化工Shanxi Chemical Industry工作面大巷快速掘进工艺优化晋弘（山西焦煤集团有限责任公司官地煤矿，山西太原0 30 0 2 0）文献标识码：A泥岩和粉砂岩处于泥质胶结状态，在实际掘进过程中当出现淋水和底板积水的情况会导致岩层软化膨胀的情况,最终使得巷道的变形量增大2 。2影响巷道快速掘进的因素分析对于某个工作面巷道而言,影响其快速掘进的因素除了巷道本身的地质条件外，还需掘进巷道时所采用的设备、工艺以及支护效率相关。对于2#煤层工作面而言，由于该工作面处于地下的深度较大且对应的地应力也较大,其顶板的稳定性较差。因此,在进行掘进时需要花费较多的时间进行支护，间接了增加了巷道的掘进时间,即降低了巷道的掘进速度3。针对本工程影响其掘进效率的因素主要为支护效率和掘进工艺流程。2.1工作面地应力分布特征分析在工作面共布置5 个测量孔对其地应力的分布特征进行分析，每个测量孔的具体技术参数，如表1岩层特征所示。状，中间伴有植物化石和少量薄孔编号层泥岩1#岩层为浅灰色，表现为薄层状，主要成分为石英和长石，中间含有含铁矿岩层为深灰色，表现为中厚层状，3.53中间伴有植物化石碎拼，并呈现为裂隙发育状态岩层为灰色，伴有细粒砂岩的碎块和多层粉砂岩岩层为深灰色，表现为薄层状态和粉砂结构，具有裂隙。Total 215No.10,2023D0I:10.16525/14-1109/tq.2023.10.069文章编号：10 0 4-7 0 5 0(2 0 2 3)10-0 16 6-0 2表1地应力测量孔具体参数埋藏深度/m方位角(）钻孔深度/m833.5972#832.33#841.14#834.95#829.9基于上述五个测量孔对工作面巷道的地应力进行测试分析可知：该工作面的最大主应力为2 5.3MPa，且该最大主应力的朝向为东北西南方向；根据巷道的走向方向,其掘进方向与最大主应力方向的夹角为18。整体上讲，该工作面巷道的应力较高，在实际掘进施工过程中两帮岩层容易被破坏；因此，需加强对巷道两帮的支护。2.2工作面围岩松动圈测试本工程采用型号为YTJ-20型岩层探测仪对工作面的围岩松动圈进行测试。所设计的窥视孔在现场的99811871127312146112023年第10 期布置,如图1所示。2.4m图1工作面围岩松动圈测试窥视孔布置如图1所示,分别在现场布置三个窥视孔。经测试,分别对工作面顶板、底板以及左右两帮的破裂区域、裂隙发育区域、塑性变形区域以及稳定区域的范围进行确定4。对于顶板而言,在0 0.8 m范围之内属于破碎区,大于3.6 m的范围属于稳定区域;底板的破碎区范围在0 1.5 m之间，稳定区域在大于4.9 m的范围；左右两帮在0 1.0 m之间属于破裂区域,稳定区域在大于4.2 m的范围。本章对工作面巷道的地应力分布和围岩松动圈测试结果分析将为后续掘进工艺的优化提供支撑。3快速掘进工艺的优化目前，工作面采用EBZ160MH掘进机实时巷道的掘进任务，该设备可实现掘锚护一体化设计。在整个掘进过程中包含有8 个工序及其每个工序所消耗的时间如下：交接班（15 min）安全检查（15 min）割煤运煤（40 min）敲帮问顶（10 min）、临时支护（15 min）、顶部锚网(30 min）帮部锚网（5 5 min)和清理（40 min）。在上述掘进工序下,设备每个循环进尺的长度为1.3m，每天可推进8 个循环尺。则,在当前掘进工艺下每天可掘进工作面的速度为10.4m/d。为实现工作面巷道的快速掘进，在综合分析该工作面巷道基本情况、地应力分布规律以及围岩松动圈的测试结果后，主要从交接班、割煤方式、永久支护方式以及整体工序进行优化5 。1)交接班工序优化：针对此重点通过提升现场交接工作人员的标准化意识，并对涉及到的设计进行定期检修。Optimization of Rapid Excavation Process for Main Roadway in Working Face(Guandi Coal Mine,Shanxi Coking Coal Group Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030020,China)Abstract:In order to solve the problem of mismatch between the excavation speed and mining speed of the current working face,takingthe working face of the 2#coal seam as an example,based on the analysis of its geological conditions,the ground stress and surroundingrock loosening zone of the working face were tested.Then,based on the on-site investigation,the permanent support method andconstruction process are optimized,with the core adopting the integrated excavation and anchor support technology.Finally,the optimizationeffect of the rapid excavation process is verified through practical production.Key words:rapid excavation;integration of excavation,anchoring and protection;excavation speed;excavation technology;roof separation layer晋弘：工作面大巷快速掘进工艺优化分布和围岩松动圈的测试结果，确定永久支护方案如下：采用直径为2 5 mm，长度为2 5 0 0 mm的高强锚0.6m杆;其中顶部锚杆的间排距为7 5 0 mm700mm,两帮3#孔2#孔1#孔4.8m 167.2)永久支护方式的优化：综合考虑巷道的地应力锚杆间排距为7 0 0 mm700mm。顶板在锚杆支护的基础上采用直径为2 1.6 mm,长度为7.5 0 0 mm的钢绞5m线进行强化支护，间距为12 0 0 mm；两帮在锚杆支护的基础上采用直径为2 1.6 mm,长度为430 0 mm的钢绞线进行强化支护，间距为10 0 0 mm。实践表明，在2#煤层工作面采用掘锚护一体化掘进工艺后，工作面巷道最高掘进速度可达15.7 m/d，平均掘进速度可达13.7 m/d,较原掘进工艺可提高31.7%。同时，采用掘锚护一体化掘进工艺后，现场参与掘进工作人员的数量每班从6 6 人降低至6 2 人；在实际掘进过程中巷道围岩得到有效控制,其中顶板的最大离层量仅为36 mm，两帮的最大移近量仅为12 0 mm。4结语本着提高巷道掘进速度和效率，实现工作面采掘平衡的效果。本文以2#煤层所属工作面为例,提出采用掘锚护一体化的掘进工艺，并通过实践生产验证优化后掘进工艺的应用效果。具体总结如下：1)工作面的最大主应力为2 5.3MPa,需加强对巷道两帮的支护。2)以EBZ160MH掘进机为核心，在对其支护优化和工序优化的基础上，工作面的掘进速度提升31.7%，人员数量可精简4人，同时在施工过程中可对围岩进行有效控制。1张喜文,段其涛,徐祝贺.大断面煤巷快速掘进工艺及参数优化研究J.中国煤炭,2 0 14,40(Supple1):87-91.2陈大广.掘锚一体化巷道支护参数分析与工序优化J.煤矿安全,2 0 17,48(10):2 2 4-2 2 7.3张召冉，张之慧，岳中文，等.小断面岩巷钻爆法快速掘进技术及工艺J.科学技术与工程,2 0 2 1,2 1(36)：15 39 2-15 39 9.4王新生，崔国顺，梁为民，等.大断面岩巷快速掘进爆破参数优化J.煤炭工程,2 0 0 9(12):35-37.5江云星，李遥.小断面隧道掘进中的电子雷管爆破参数优化.化工矿物与加工,2 0 2 0,49(8)：5-9.Jin Hong参考文献