煤巷掘进合理空顶距留设及支护施工优化

张浑祥

(汾西矿业集团南关煤业，山西 晋中 031300)

随着煤炭开采技术以及装备的不断提升，矿井回采工作面推进速度不断增加，生产过程中面临的采掘矛盾更为突出，制约矿井生产[1]。如何实现煤巷的快速掘进，是诸多矿井生产过程中面临的现实问题。巷道支护耗时较多，合理的留设空顶距离对提升巷道支护效率具有重要促进作用，空顶距过小会造成掘进、支护作业频繁交替；空顶距离过大则会容易引起掘进工作面顶板冒顶、煤壁片帮等问题，引发安全事故[2～4]。因此，在确保掘进安全的前提下，优化空顶距离对提升巷道掘进效率具有一定的促进作用。文中以山某矿2206工作面辅运巷掘进为工程背景面，合理的确定空顶距离、优化巷道掘进施工工艺，提升了巷道掘进效率。

1 工程概况

2206工作面辅运巷用以采面的辅助工作，巷道设计掘进长度为1980m，断面为矩形，高×宽=3.5m×5.0m，采用锚杆+锚索+钢带+金属网+喷浆方式对围岩进行控制，巷道沿着2号煤层底板掘进。根据地质钻孔探测资料，2号煤层结构简单，赋存稳定，厚度均值为4.8m，煤层倾角为5°。采面直接顶为砂质泥岩、粉砂岩，厚度分别为1.35m、2.68m；老顶大部分为细砂岩、局部为粉砂岩，厚度为5.92m；直接底为砂质泥岩，厚度为2.55m。巷道采用综掘方式，随掘过程中对巷道围岩进支护、铺设管网。巷道掘进时留设的空顶距离为1.6m，造成掘进、支护频繁接替，制约巷道速度。

2 空顶距对巷道稳定影响

巷道顶板为砂质泥岩、粉砂岩，顶板岩性较为坚硬，裂隙、节理不发育，为了合理确定空顶距，在掘进工作面对不同空顶距时围岩变形情况进行监测，空顶时围岩均为支护，具体不同空顶距下的顶板下沉量监测结果见图1。

图1 不同空顶距顶板下沉量

从现场监测结果得知，掘进工作面空顶距在5.0m范围以内时，围岩变形量均较低，其中顶板在10h以内累积下沉量值为28mm、顶板下沉量虽然不会给顶板稳定性带来显著影响，但是为了确保作业人员施工安全，空顶距离5.0m显然过大。

空顶距离为2.0m时，顶板下沉量与1.6m接近，监测10h时累计变形量为7.5mm，顶板稳定，可以确保空顶下方作业人员安全。空顶距从2.0m增加至3.0m顶板下沉量增加值显著增加，顶板岩层离层量较大，虽然顶板下沉量仍处于低位，但是顶板岩层活动量显著。因此，为了确保作业人员安全，根据不同空顶距围岩变形监测结果，将掘进巷道的空顶距由1.6m提升至2.0m，在巷道空顶时巷道围岩稳定前提下缩短掘支交换频率。

3 巷道掘进施工优化

在合理确定空顶距厚，对巷道掘进施工工艺进行优化，从而提升巷道聚掘进效率[6]。

3.1 支护设备改造

巷道支护效率直接影响巷道掘进效率，采用先进的支护设备对提升巷道支护效率具有显著的提升作用。为了提升巷道支护效率，降低支护耗时，将原有的支护钻机改造成液压锚杆钻进，通过设备改造以及更新，实现巷道掘进机掘进、支护一体化。采用大扭矩马达，转速可以达到460r/min，锚杆钻孔的施工质量好、成孔快，使用高度在2.4m～4.0m以及宽度在3.5m～5.0m巷道掘进断面。

3.2 支护工艺优化

在巷道掘进支护过程中锚杆、锚索钻孔钻机、安装等过程中耗时最多，施工作为繁琐工序。巷道原锚杆、锚索钻孔施工采用2台气动锚杆钻机同时施工顶板锚杆、锚索，待顶板锚杆安装完毕后，采用帮锚钻机(气动式)、凿岩钻进(支腿式)施工巷帮锚杆，其中帮底角锚杆再下一支护循环完成钻进、施工。顶板、巷帮锚杆支护完成后，再进行顶板锚索布置工作。

原有的巷道锚杆施工工艺繁琐，通过采用掘、锚一体机，对巷道支护工艺进行优化，具体为：待巷道掘进完成后，先施工顶板2、5眼锚杆，随后再移动综掘机头施工顶板1、4锚眼锚杆以及3、6锚眼锚杆，待顶板锚杆施工完毕后，对巷帮进行支护；顶板第二排锚杆支护重复第一排进行。

待对巷道掘进、支护工艺进行优化后，掘进工作面作业人员劳动强度显著降低、老顶效率显著增加。巷道空顶距离由1.6m提升至2.0m，每完成一个掘进、支护循环耗时由原本3.6h降低至2.5h，时间缩短30%。掘进工作面每班由2个掘、支循环增加至3个，巷道掘进进尺由原本240m/月提升360m/月，通过对掘进工作面空顶距离以及掘进支护方式进行优化，实现了巷道快速掘进，效果显著。

4 总结

巷道掘进效率提升影响因素很多，其中巷道支护占用时间最对，通过对巷道支护进行优化，可以增加巷道掘进开挖时间，提高掘进进尺量。通过现场实测方法对巷道掘进工作面空顶距离、掘进支护方式进行优化，显著提升巷道掘进效率。取得的主要研究成果为：

1)根据巷道顶板岩性合理确定空顶距，当顶板岩性好、围岩强度高时，可以通过适当增加空顶距离，减少支护占用时间，从而提升巷道掘进效率。

2)采用掘支一体化设备，缩短掘进、支护循环耗时，从而使得每班作业循环由2个增加至3个，提升现场作业人员效率，降低劳动强度。

3)现场将掘进工作空顶距由1.6m增加至2.0m，掘进、支护过程中未遇到顶板下沉量过大、冒落等问题，现场应用取得显著效果。巷道掘进过程中若遇到顶板岩层破碎、稳定性差或者受地质构造带影响时，应适当缩短空顶距离，确保巷道掘进、支护安全。