快速掘进技术在深水平复杂地质条件下应用

1、快速掘进技术在深水平复杂地质条件下应用【摘要】在深水平高地应力含煤复合顶板下，通过科学的 设计和合理的组织，使掘进的速度大大提高，缩短了巷道支 护周期、避免了二次维修、保障了巷道的成型、改善了安全 生产环境、提高了矿井安全程度，为采煤接替提供了保障。【关键词】综掘；大断面；含煤复合顶板；u型棚支护1前言淮南矿业集团公司谢一矿是一个有着60年开采历史的 矿井，井下新老巷道纵横交错，各种地应力相互叠加、交织 影响，尤其在含煤复合顶板下进行支护，高地应力常导致巷 道扭曲变形，损坏严重；甚至造成前掘后修、多次返修的被 动局面，不仅拖慢施工进度，而且严重影响了安全生产。本 文以此为重点，探讨如何在深水平

2、复杂地质条件下安全快速 掘进。2地质特征512188综采工作面机巷先期施工长度475m,掘进区域 内b8煤层及夹歼总厚在2. 5m6. 2m之间,平均厚约4. 0 m。 直接顶板为粉砂质泥岩，厚度在1.01.7m之间，平均厚度 1.5m,大致呈南厚北薄的趋势；其上为b9a煤层，厚度约为 1.6m,构成b8煤层复合顶板；施工范围内地质条件极为复杂，煤层节理、裂隙发育，松散破碎，片帮严重；含煤复合顶板自稳性差，极易发生离层、剪力破坏,顶板暴露后自稳时间一般在30120min之间,局部地段随着顶板的暴露而发生浅部冒落；断裂构造较为发育，断层瓦斯赋存条件较好，矿压显现尤为剧烈；这些不利因素严重制约了掘

3、进速度。（如图1）3支护方案3. 1方案提出综上所述，根据其地质特征及围岩应力状况可看出，若 采用锚索网主动方式进行支护，则在原岩应力作用下，巷道 不能维持自身的稳定，其松动破坏将由巷道上部开始，逐渐 向下部和两帮发展，达到一定程度和范围时，由上向下产生 台阶式下沉，最终导致顶板垮落。为确保安全生产，经现场 勘查论证，按照“技术经济合理”的原则，决定采用架u型 棚方式进行支护。3. 2方案选优根据矿山压力及其控制理论中的采场顶板压力计算（估 算法），对本综掘工作面顶板压力进行预计：q二mkxr式中：q考虑直接顶及老顶来压时的支护强度, t/m2；m_复合顶板岩石厚度，取1.7m：k增载系数，一

4、般取68；r直接顶板岩石平均容重，r岩=2. 2t/m2；将数值代入式中，得：q=l. 7x8x2. 2=29. 9230 t/m2 根据以上计算结果，为满足支护强度，决定选用u29型 钢作为支护材料。根据综掘设备安装与使用要求，将巷道断 面设计为带扎脚圆弧拱形；设计关键是圆弧拱高度和圆心的 确定，根据ebz 15c型掘进机的适宜高度，选择墙体高度为 1.4m,圆弧拱的夹角在100° ；根据明煤层厚度和满足采掘 作业安全空间需要，最终确定架设扎脚u29型钢棚进行支护, 巷道净高为3.6m,下宽为5. 0m,净断面积14.26m2。（如图 2）4掘进机快掘施工要点4.1掘进机切割头的最

5、佳切割深度取决于煤岩的截割阻 力，以牵引油缸回路不溢流、截割电机接近满载、机器不产 生强烈振动为原则；同时兼顾安全，严防抽漏顶，最大限度 的推进切割深度，提高单循环进尺。通过实际切割深度看， 采用棚距为o.7iii （中中），每循环进尺两棚，最大切割深 度1. 6m为最佳。4. 2因巷道净高为3. 6m,顶板自稳性差易抽冒，因此在 切割时先从巷道中间进刀，自下而上迂回切割，以增大其自 由面，有利于装载和提高切割速度；并能防止突然冒落的大 块歼石砸在切割头上，影响掘进机在切入过程中的稳定性； 以确保巷道成形和支护质量。4.3在切割时，还应考虑煤岩的层理，切割头应沿层理 方向移动，不应横断层理，以

6、免增加掘进机载荷影响切割速 度及破坏顶板完整性。5快速掘进的保障措施5. 1机轨合一在掘进巷道内同时布置皮带机、轨道，皮带机用于向外 输出煤（砰），轨道用于向迎头运送材料和设备。改变了以 往掘进巷道内皮带机、轨道不能共用的弊端，大大减轻工人 的劳动强度，提高了工作效益，为实现快速掘进提供了有力 保障。5. 2分部施工为有效控制顶板及加快进尺，综掘迎头分为上、下断面 分部进行施工，即掘进机先切割上部煤（歼）留半断面微台 阶煤肚，一次性切割够两棚距离，待够挂棚梁高度后及时窜 金属前探梁并挂好棚梁，将顶部临时支护好后，再进行挖掘 下部煤（歼）和栽腿；以此达到控制顶板抽冒和快速掘进双 项目标。5. 3

7、平行作业在现场施工中，支护时间约占一次正规循环时间的70%, 工作面支护时间的长短直接关系到每循环时间、循环次数和 进尺。只有最大限度地实现平行作业，缩短支护时间，才能 有效提高掘进单进水平。因此，在现场分部施工的基础上， 优化了工序，以快掘为目的，在有限时间内充分利用空间， 进行计划、组织、指挥、协调和控制，使之在一定的空间和 尽可能短的时间内达到预期目标。如：掘进机割煤和（运） 备支护材料、整理环境平行作业，支护作业和延设皮带、设 备维护平行作业等。（如图3）6经济效益分析6. 1该巷道只用了 2.5个月时间完成施工，月进尺达 190m；而采用炮掘则受顶板、瓦斯等条件影响，月进尺120m

8、左右。使用综掘比炮掘月进度提高70m,施工周期缩短近1. 5 个月，人工费节省了 50多万元。6.2以往综掘巷道掘进多采用锚索网支护，每m巷道支 护材料费用一般为2265元。该巷道采用u型钢棚支护，由 于增大了棚档间距，每m巷道支护材料费用为2669元。整 个巷道材料费多出了 19.2万元。但u型钢棚可回收上井二 次加工复用，而锚索网巷道支护材料则不可回收，并在遇断 层构造时增加其材料消耗量，所以实际架设u型钢棚产生的 材料费应小于锚索网支护。7结论7. 1通过科学的设计和合理的组织，使掘进的速度大大 提高，缩短了巷道支护周期、避免了二次维修、保障了巷道 的成型、改善了安全生产环境、提高了矿井安全程度，为采 煤接替提供了保障。7. 2采用综掘和u型棚支护，有效控制住了