大断面岩巷的综合优化设计与快速掘进技术.pdf

2 0 0 8年第 2期 煤矿支护 4 1 大断面岩巷 的综合优化 设计 与快 速掘 进技 术 范 中轶张献 波 [ 金牛能源邯郸矿业集团 公司，河北 邯郸 0 5 6 0 0 2 ] 摘要针对大开采深度矿井巷道支护施工中存在的问题，针对性地进行了巷道布 置、支护方式的优化设计，并通过科学管理，优化施工工艺，提高了掘进速度，取 得 了显著的经济和社会效益。 关键词 巷道优化设计 快速掘进 效益 前言 陶二矿原南 总 回风巷 在 四下采 区 的南 部 ，南采区的最 西部 ，距离 F 1 2大 断层 9 0 ～ 1 3 0 m。原南 总 回风巷的 回风路线要经过 四下小煤下山到 2 3 0回风巷再到 中央风井 ， 回风路线较长 ，系统繁琐 。原南总 回风巷全 部布置在煤巷中，而南采 区的地应力高 ，巷 道不断变形 ，经反复维修，状况依然很差 ， 因此服务年限达不到生产要求 。后经变更 ， 原南总回风巷作为 2 2 1 0工作面 的回采上巷 使用 ，原 2 2 1 2上巷做为临时总 回风巷 ，但 此条巷道的状况也不理想 ，变形 十分严重 ， 需反复维修 。为满足南采区、扩大区的首采 区和南三采区生产时回风需求 ，须重新掘一 条服务年限长、回风量大的专用 总回风道 ， 被称新南总回风巷 。本文介绍 了新南总回风 下山的设计与掘进施工。 1 巷道设计 1 ． 1 巷道 布置 根据原钻孔资料和现场 打探 ，在 2 煤 层上部有一层厚 2 3 m的中砂岩 ，比较稳固 ， 确定把该巷道布置在这个层位里 ，确保巷道 的成型长期稳定。 新南总回风下 山位于该矿的四下采区南 翼 向南约 2 8 0 3 2 0 m左右 ，部分段位 于三 下采区北翼采空区的上部 ，开口位置在南采 皮带联络上 山，巷道基 本沿煤岩 层倾 向掘 进 ，设计走 向方位 1 2 8 。 2 0 ，巷道 的大部分 层位在 2 煤的上部约 2 0 5 5 m位置处 ，巷 道的上平巷段要穿过 1 煤层 ，距 1 煤层距 离 0 3 5 m。下山掘进 5 3 0 m 后 ，穿过 1 和 2 煤层 ，进入 2 煤层底板，与扩大区首采 轨道 回风石 门贯通。 1 ． 2支护设 计 新南总回风下山巷道为直墙半圆拱形断 面，断面 宽 4 ． 8 m、高 4 ． O m，墙 高 1 ． 6 m， 巷道总工程量 为 1 7 0 0 m，坡度 3 ～2 3 。 。巷 道采用锚、梁、喷锚索联合支护。锚杆为 直径 2 2 mm、长 2 4 0 0 mm 的超 强螺 纹钢 锚 杆 ，其间排距 为 7 0 0 7 0 0 mm 。为有效 控制帮底角 ，最底部一排锚杆 向底部 2 0 。 方 向安 设 底 角 锚 杆 ，锚 杆 距 地 板 不 大 于 2 0 0 mm。顶板挂长 4 ． 7 m 的梯子梁 ，顶梯子 梁 由直径 1 6 mm 圆钢制成 ；两帮纵 向接顶 梯子梁挂长 8 0 0 mm 的梯子梁 ，帮梯子梁 由 直径 1 4 mm 的圆钢制成 。喷射 混凝土总厚 度 1 0 0 mm，距头 不超过 4 m进 行初 喷 ，喷 厚 3 0 ～5 0 mm；滞后 1 5 m进行复喷。 2 优化巷道布置 ① 从南采皮带联络巷开 口，基本 与南 采皮带巷平 行，与 扩大 区首采 回风上 山贯 通 ，这样 的布置方式系统简单 ，乏风可直接 回到中央风井 。经过几个方案比对 ，这样的 布置方式工程量最短 ，可以加快地 区衔接 ， 节约大量的时间和人力财力。 ② 巷道大部分位于较稳 固的中砂岩层 维普资讯 4 2 煤矿支护 2 0 0 8年第 2期 位 ，可以使巷道长期保持稳定 ，不变形 。一 条巷道可以服务三个大的采区，服务年限在 1 5 年以上。 ③ 由于巷道下段要穿过 2 煤层 ，揭煤 是一项非常复杂的工作 ，为避免揭煤 ，该矿 采用方案 是由 2 2 1 0工 作面 的下 巷开 口， 沿 2 煤层掘进南 总煤柱工作 面 回风联巷 ， 掘进到新南总回风下山巷道位置处，分别向 上和向下各掘进 2 0 m，这样就由煤层进入 了 岩层 ，由揭煤变成 了 “ 揭岩” ，省去 了复杂 的揭煤过程 ，同时南总煤柱回风联巷又可 以 解决工作面的回风问题。 ④ 在新南总 回风下 山西部迎头与中央 风井通路做一个碴仓 ，以提高该巷道 中后期 出矸效率 。在西部迎头的右帮向中央风井打 透 8个直径 2 1 9 mm 的通风孔 ，解决 串联风 问题 ，在新南总回风下山全部完工后 ，封堵 通风孔，拆掉渣仓，做为一个回风小井 。 3 优化施工工艺 在巷道掘进的各工序中，打眼放炮、出 矸 、支护是三大主要工序，占用了较长的工 作时间。三大工序中，各工序并不是独立进 行的，由于时间及空间、人员数量限制，各 工序在配合上相互联系、互相制约。施工顺 序或时间、空间和人员上协调不好，影响掘 进速度。以前巷道掘进速度低的原因主要是 迎头空间狭小 ，不能实现平行交叉作业 ，巷 道掘进实行顺序作业 ，一道工序完成后 ，再 进行另一道工序，工人的工作量不饱满 ，时 间、空间不能充分利用 ，经常 出现窝工现 象 ，因而造成工时利用率低 。 鉴于此 ，要提高掘进速度 ，实现高进高 效，就必须实现机械化作业 ，合理调配三大 工序 的时间、空间 ，增加 班循 环或循 环进 尺，就此 ，我们采取以下措施 1 提高掘进机械化水平 在迎头采用 3 0 k W 装岩机和一台侧卸装 岩机 ，配合 8 0 0 mm 皮带运输机，实现出矸 的快速连续运输。 2 改进施工工艺 实现迎头打眼 、出矸 、锚杆支护平行交 叉作业。采用全断面光面爆破掘进 ， “ 两掘 一 喷”循环作业。新的施工工艺为 在工作人员进入掘进迎头 同时 ，施工所 要的材料 、机具全部运到工作地点。上一班 放炮后 ，先不清理迎头。由于巷道 断面大 ， 须在渣堆上施工 ，迎头集中 5 把风锤 ，打上 半部炮眼 ，与此 同时 ，装岩机的滑轮定位在 距迎头 1 5 ～2 0 m处 ，出矸 。在这 1 5 ～2 0 m 空 间内，用 2把风锤安设两帮锚杆，用 2台 气动锚杆钻机安设顶板锚杆 。当迎头上半部 炮眼打完后 ，用装岩机集 中清理迎头 ，把从 迎头往后 5 m的矸石扒运 到后路 ，让迎头留 下足够空间后 ，开始打下半部炮眼。扒矸时 把矸 石平摊开 ，不产生堆积 。迎头扒干净 后 ，再将装 岩机的滑轮定位在距迎头 1 5 ～ 2 0 m处 ，装 岩机连续扒 矸 ，侧卸装 岩机前 后运 动 ，配 合扒 矸。中间 1 5 m 的空 间 内， 继续安设两帮、顶板锚杆。当下半部炮眼施 工进行到一半时 ，由放炮员、班长和其他暂 时空闲人员开始给上半部炮眼装药 ，再集 中 给下半部炮眼装药 ，同时，放炮员和班长开 始联线 ，并按照规定放炮 。这样就实现了打 眼、 出矸 、安设锚杆平行交叉作业 ，缩短了 循环时间。喷浆班同样在拌混凝土料 、安设 锚杆、出矸等工序中合理安排布置，平行交 叉作业。 3 应用光面爆破技术 光面爆破技术的应用 ，使爆破 眼痕率均 在 5 0 7 0 。 4 加强现场监管 ① 矿安监、调度和 区队管理人员现场 跟班 ，发现问题在现场解决问题 ，现场培训 人员。 ② 保 证风、水 、电供 应，抓 好气动锚 杆钻机和风锤的管理与更新工作 ，将压风管 由 2寸变 4寸，确保压风的需要。这些基础 工作保证了支护工作的效率 ，有助于提高掘 进 速度 。 ③ 改变进尺分 配形式 ，将全 队进尺 指 标层层分解到人头 。取消 了班前人员安排 ， 实行 了定岗、定位作 业，各小班 打眼实行 维普资讯 2 0 0 8年第 2期 煤矿支护 4 3 “ 定人 、定钻 、定眼位”的三定原则 ，使人 员各司其 职，保证各 道工序有条 不紊地 的 进行 。 5 效益分析 ① 该巷 道施工缩短 了大量工期 ，使新 南总回风下 山快速投入使用 ，为地 区衔接 ， 赢得 了时间，它取得 的间接经济效益是不可 估量的。 ② 整个工程 节约 了大量 的人 财物 力 ， 避免了巷道的反 复维修，节约资金 达 7 8 ． 2 万元 。 ③ 根据有利条件优化 系统设计 ，总结 出大断面岩巷快速掘进的经验。 6 结语 残采工作面和 1 、2 煤层都 回采 的工作 面，在配合利用老系统的基础上重新设计新 系统 ，并且充分利用现有的地理条件 、系统 条件和地质条件 ，并把这些有利条件有机的 结合 ，最 大限度 的发 挥它 的优 势，优化设 计 ，避免不必要的工程和经济浪费 ，加快掘 进速度，促进矿井衔接，是当前也是以后发 展 的必然趋势 摸索和总结特殊条件下大断面岩巷的系 统优化综合设计号 陕速掘进工艺，并为以后 此类条件下的岩巷掘进提供经验和依据。 第一作 者简 介 范 中轶 男 ，1 9 6 4年 出 生 ，1 9 8 7年毕业于中国矿业大学采矿专业 。 现在河北省金牛能源邯矿集团公司生产部工 作 ，高 级 工 程 师 。 联 系 电 话 0 3 1 0 7 7 5 85 7 6。 随着煤炭资源的衰竭，出现越来越多的 收 稿日 期 2 0 0 8 0 3 2 1 ； 责 任 编 辄 陈 桂 娥 “ 年产 6 0 0万吨 煤 炭综采 成套 装备研制 “ 项 目完成 4月 3日，由煤炭科学研究总院牵头， 联合 中国神华能源股份有限公司、天地科技 股份有限公司、郑州煤矿机械集团公司和 中 煤张家口煤矿机械有限责任公司等单位共同 完成的 “ 年产 6 0 0万吨煤炭综采成套装备研 制”项 目通过了专家鉴定。该项 目研究成果 整体到达国际先进水平 ，部分达到国际领先 水平，该项 目研制的成套装备和技术还填补 了国内高端综采成套装备的空 白。 该项 目在我 国首次提出了大采高高效开 采工作面工艺 系统配套模式 、参数确定 方 法 、大采高工作面片帮机理及防治对策 ，研 制出了具有 自主知识产权和高可靠性能的两 柱掩护式大采高电液控制液压支架、大功率 电牵引采煤机、大功率长运距带式输送机以 及大运量重 型工作 面输 送器械 等设 备。此 外 ，该项 目在我 国首次研制开发出了大采高 综采成套装备和技术 ，成套装备开机率达到 9 4 ，国产化程度达到 9 0 以上 ，生 产能 力达到年产 7 0 0万 吨，与 国外 同类设备 相 比，可节省投资成本约 4 7 ． 5 。 该成套装备与技术的研制成功，可完全 替代进 口的同类装备和技术 ，将改变我 国高 端综采装备和技术完全依靠进 口的局面，使 我国的国产综采装备研发、设计 、制造和加 工技术跨上了一个新台阶。对提升我国煤炭 行业的国际竞争力具有重要的促进作用 。 摘 自 煤炭 科学研究总院网 维普资讯