常村煤矿25采区运输平巷支护及快速掘进技术研究.pdf

总第208期 2020年第8期 机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT Total 208 No.8, 2020 设计理论与方法 D0110.16525/j . l4-1134/th.2020.08.025 常村煤矿2 5 采区运输平巷支护及快速掘进技术研究 张 欣 山西潞安工程有限公司， 山 西 屯 留 046000 摘 要 为保障25采区运输平巷围岩的稳定， 采用数值模拟软件确定锚杆的支护参数， 基于模拟结果确定顶板 锚杆间排距为900 mmxl 〇 〇 〇 mm,结合巷道特征具体进行支护方案设计。另外为提高巷道的掘进速度,确定巷 道采用EBZEBZ200掘锚护一体的综掘机械， 并对巷道掘进施工工艺进行具体设计。结果表明 巷道在该掘进技术 下， 一天掘进进尺18 mm,相较于普通掘进工艺速度增幅达100,且巷道在该支护方案下， 围岩变形量较小。 关键词 施 工 工 艺 掘 进 设 备 围 岩 控 制 影 响 因 素 中图分类号TD353 文献标识码A 文章编号 1003-773X 202008-0057-03 1工程概况 山西潞安环能股份有限公司常村煤矿25采区 运输平巷服务于25采区运输系统,巷道沿3 号煤层 底板掘进， 3 号煤位于山西组的中、 下部， 为全井田 可采,巷道区域煤层总厚为5.66.27 m,平均厚度为 5.97 m， 平均倾角为3.5 ,煤层直接顶为粉砂岩， 均 厚 为 3.24 m,基本顶为中粒砂岩,均厚为3.81 m， 直 接底为细砂岩， 均 厚 为 1.42 m， 基本底为粉砂岩， 均 厚为3.55 m。25采区运输平巷掘进作业时沿煤层底 板掘进， 掘进断面为矩形， 掘进宽度x高度5.0 m x 3.8 m〇 2巷道围岩控制方案 2 . 1 铺杆支护参数确定 为充分保障25采区运输平巷围岩的稳定， 确保 支护参数的合理性，采 用FLAC3D数值模拟软件进 行锚杆支护参数的设计，具体进行锚杆间距和锚杆 长度的模拟分析。 2.1.1锚杆间距确定 为设计运输平巷合理的锚杆间距，结合邻近巷 道的支护方案，设置锚杆间距分别为750 mm、 900 mm和 1 000 mm二种模拟方案，根据数值模拟结 果，能够得出不同锚杆间距下围岩塑性区的发育特 征如图1所示。 分析图1 可知，当锚杆间距由750 mm增大到 为 900 mm时，此时巷道围岩塑性区的发育范围基 本未出现变化，但当锚杆间距增大为1 〇 〇 〇 mm时 ， 此时巷道围岩塑性区出现明显的增大，基于此分析 最终确定锚杆间距为900 mm。 2.1.2锚杆排距确定 基于上述数值模拟结果，以顶板锚杆间排距为 收稿日期 2020-05-05 作者简介 张欣（ 1988 ） ， 男， 毕业于山西大同大学， 助理工程 师， 现从事煤矿相关技术工作。 1-1 750 mmmm 1-2 900 mmmm 1-3 1 000 mmmm 图 1不同锚杆间距下围岩塑性区发育特征 900 mm，帮部锚杆间距为1 100 mm为模拟的基础参 数， 结合邻近巷道的支护方案， 设置锚杆排距分别为 800 mm、 1 000 mm和 1 200 mm， 根据数值模拟结果得 出不同锚杆排距下围岩塑性区的发育特征见图2。 2-1 800 mmmm 2-2 1 000 mmmm 2-3 1 200 mmmm 图 2不同锚杆排距下围岩塑性区发育特征 分析图2 可知， 随着锚杆排距的增大， 巷道围岩 塑性区的发育范围逐渐增大，其中顶板塑性区增大 现象较为明显， 两帮塑性区范围的变化较小， 当锚杆 排距由800 mm增 大 为 1 000 mm时，顶板塑性区仅 在中部0.5 m的范围内出现一定程度的增大， 当排距 由 1 000 mm增 大 为 1 200 mm时 ，此时顶板塑性区 出现较为明显的增大现象， 尤其在两顶角的位置处， 塑性区发育范围的增大幅度较大。 基于上述分析， 在 确保巷道围岩稳定的基础上， 考虑经济因素， 确定锚 杆排距为1 000 mm。 2 . 2 支护方案 基于上述模拟结果，设计巷道采用锚网索 钢 筋梯子梁支护， 具体支护方案如下 2.2.1顶板支护 描杆采用M24螺纹钢错杆， 规 格 为 3快速掘进工艺 3 . 1 掘进工艺及影响要素 回采巷道掘进施工主要由五大工序组成，分别 为破煤、 装煤、 运煤、 支护及监测， 若要使得巷道快速 高效的掘进施工， 需使各个工序都能够高效率完成, 且各个工序之间能够有效协调连接。目前巷道掘进 破岩方式主要包括钻眼爆破及掘进机破岩两大类。 其中使用掘进机进行巷道掘进时，具备机械化程度 高 、 效率较高及劳动强度低等特点， 但掘进机适应不 同情况围岩的效果差，更不适合于较硬岩石断面的 施工[ 1 _ 2]。巷道掘进施工时使用掘进机掘进施工是快 速掘进施工的主要方法。巷道快速掘进技术是对现 有掘进工艺中三大工序进行优化改进， 包括破岩使 用爆破深孔化、 支护进行合理化及装运使用机械化、 优化各工序之间的配置。 快速掘进巷道的影响要素主要包括四个方面， 分别为组织管理人、 物 、 料 ） 、 设备先进性机） 、 环 境地质条件） 、 作业方法工艺流程。 通过对快速掘 进巷道的关键要素进行识别，根据对相关学者得到 的 样 本 进 行 成 分 分 析 ， 快速掘进工作面的效率受 到工作面环境、 地质条件、 人员熟练程度、 施工工艺 及设备先进性方面的影响较大， 其中巷道地质条件、 人员、 设备均为主观条件， 而掘进工艺为客观条件， 能够从技术方面对其分析优化。 3 . 2 快速掘进设备与工艺流程 3.2.1快速掘进设备 基于上述快速掘进工艺影响因素的分析可知， 通过技术方面的优化可大幅提高掘进速度，故确定 25采区运输平巷掘进作业时采用EBZ220掘锚护一 体的综掘机械。该掘进机能够在不移动掘进机的状 态下， 完成顶板两排锚杆排 距 为 1 m及两帮上部 两根锚杆间距为0.9 m的施工， 且能够实现顶板及 两帮的临时支护。具体顶锚杆及帮锚杆施工形式如 图 4 所示。 _________5 000_________ . 4 * \ n jj I； ■■ j c i- ill 1 |i[i 十 j----------- ■ - 4 - 1 顶锚杆施工 为确保巷道掘进正规循环作业的顺利完成， 巷 道掘进迎头应根据劳动组织及人员配备情况具体安 排掘进施工工艺，应确保各项施工工艺与工艺之间 能够交叉进行， 各项工序能够尽量平行作业， 以提高 工时利用率。现结合EBZ220型掘护锚支护一体机 的特征， 具体进行掘进施工工艺的设计。 3.2.2掘进工艺流程优化 根据矿井原有的巷道掘进作业规程可知，原有 的掘进工艺如下页图5 所示。 分析图5 可知，原有掘进施工工艺流程中主要 包括掘进机截割与出煤（ 矸 ） 、带式输送机运输煤 矸、人工挂设钢筋网、钢筋梯子梁和串前临时支 护 、 打设描杆索钻孔进行巷道支护;原有掘进施工 工艺中掘进机截割与出煤、支护材料备料为平行作 业 ， 掘进机截割与巷道支护之间为单行作业。 掘进作业施工时，掘进机的切割形式采用自上 2020年第8期张欣常村煤矿2 5采区运输平巷支护及快速掘进技术研究 59 4效果分析效果分析 25采区运输平巷在该种掘进工艺下， 采用三八 制作业方式， 最小循环进尺为2m,天能够进尺18m, 而采用普通的掘进工艺及系统时，巷道掘进一天的 进 尺 为 810m, 据此可知巷道采用该种掘进工艺 时， 掘进进尺最大增幅达到100。 为分析围岩控制效果，在巷道掘出后设置巷道 表面位移监测站，随着巷道掘进作业的进行持续观 测作业， 得出围岩变形曲线如图6 所示。 图 6巷道表面位移曲线图 分析图6 可知，巷道顶底板及两帮移近量主要 出现在滞后掘进迎头030 m的范围内， 当监测断面 与掘进头之间的距离大于30 m后 ， 围岩变形量逐渐 趋稳定，最终顶底板及两帮最大移近量分别为46 mm和 58 mm， 围岩变形量小。 参考文献 [ 1 ] 徐晓宏. 基于多臂掘锚一体机的快速掘进应用研究[J].煤炭技 术， 2020,391 168-170. [ 2 ] 郑云龙. 岩巷掘锚同步技术研究与机构设计[DL徐州 中国矿业 大学， 2019. [ 3 ] 段瑞， 杨亚威， 杨永康.余吾煤业掘描一体化机组煤巷快速支护 技术研究与应用[J].山西煤炭， 2019,394 24-28;37. [ 4 ] 刘晓东.复合顶板巷道快速掘进技术实践分析[J].煤炭与化工， 2019,427 18-21. 编辑 王瑾 一淸J煤 | 而下推进方向的“S” 形截割， 现结合EBZ220掘锚护 一体的综掘机械的特征， 进行掘进施工工艺的优化, 优化后的掘进工艺如下 1 采 用EBZ220型综掘一体机实现割煤、 运输 煤矸和支护的平行作业， 设置破煤、 运输、 挂网、 梁 等临时支护、顶板六根锚杆的安装和帮部除拱肩和 底角锚杆外， 锚杆的安装为一个小循环。 该循环内掘 进机破煤与支护备料平行作业， 设置时间矣50 min; 挂网、 梁等临时支护采用人工进行， 该部分施工与锚 杆支护钻孔平行作业， 设置时间为10〜 15 min,小循 环内的描杆采用掘锚一体机一次安装完成；顶板锚 杆和帮部描杆的安装时间分别少于4 min和 3 min。 2 小循环施工完毕后， 进行中循环的施工作业， 中循环内主要进行巷道肩角和底角锚杆的安装及描 杆预紧力的施加。 3 中循环施工完毕后， 进行最大循环的施工,大 循环中主要进行巷道顶板单体锚索的安设。 具 体 25采区运输平巷优化后的快速掘进施工 工艺流程为交接班预计耗时20 min割煤一循 环进尺2m，预计耗时50 min挂 网 （ 预计耗时5 min ■临时支护（ 预计耗时5 min ♦ 打设一排顶板 和帮部锚杆钻孔安装锚杆预计耗时45 min重 复第一排锚杆安装工序预计耗时45 min截割出 煤进人下一单个循环。 后一班 交接班 Supporting and Fast Driving Technology of Transport Roadway in No.25 Mining Area of Changcun Coal Mine Zhang Xin Luan Engineering Co.,Ltd., Tunliu Shanxi 046000 Abstract To ensure the stability of the surrounding rock of transportation roadway in 25 mining area, the supporting parameters of bolt are determined by numerical simulation software, and the row distance between roof bolt is determined to be 900 mm x 1000 based on the simulation results mm, and the supporting scheme is designed according to the characteristics of roadway. Besides, in order to improve the tunneling speed of roadway, it is determined that the roadway adopts fully-mechanized excavation machinery with EBZ200 anchor protection, and the construction technology of roadway excavation is designed. As a result, the roadway drivage of 18 m, a day increases by 100 compared with the ordinary tunneling technology, and the deation of surrounding rock is small under the support scheme. Key words construction technology; tunneling equipment; surrounding rock control; influencing factors 中班 检修 撤机载 探梁 图 5原有掘进工艺流程图 班 i 环