牛晋军
(晋城蓝焰煤业股份有限公司成庄矿，山西 晋城 048000)
引 言晋煤集团成庄矿对于大断面岩石巷道的掘进速度和效率一直不高，影响了该矿高产高效安全煤矿的建设，亟待探索新的掘进技术及工艺的优化改善。针对这一问题，矿井成立了“大断面岩巷的高效掘进技术运用”项目，以该矿下组煤岩巷大断面岩石巷道为对象，进行掘进工作面的高效掘进实验研究。
1 工程概况晋煤集团成庄矿井田位于沁水煤田南端，晋城市西北20 km处，跨泽州和沁水两县。矿井井田面积74.33 km2，3 #煤资源接近枯竭，矿决定开拓下组9 #煤和15 #煤大巷。下组煤均沿煤层顶板掘进，由于煤层较薄，9 #煤1 m厚、15 #煤3 m厚，所掘巷道以岩石为主。巷道均为矩形断面，断面尺寸为5.5 m×3.8 m，锚杆索支护，顶板为4根2.4 m长的锚杆，巷帮锚杆长2.4 m，两帮各4根。由于掘进过程中经常受断层带影响，造成顶帮破碎，在过断层地段时，采用锚梁网配合锚索联合支护。下组煤巷道机掘截割轨迹，如图1所示。
图1 成庄矿下组煤巷道机掘截割轨迹示意图
2 大断面岩石巷道高效掘进的主要影响因素大断面岩石巷道的掘进效率一直以来都是一个复杂的综合过程，如何能够高效掘进，需要事先找到影响掘进效率的主要因素，并针对性的加以优化。
2.1 地质条件顶底板条件的不同会影响岩石巷道的支护方式和掘进机的进刀尺寸，从而影响到掘进效率。下组煤巷道工程的顶板砂质泥岩，整体上表现出了极为不稳定的特征，其控顶自稳时间短，因此在巷道掘进当中围岩的稳定性不强极易失稳冒落，发生冒顶片帮事故，这一情况也加大了巷道支护的难度，影响到岩石巷道的快速掘进效率[1-2]。
2.2 掘进及支护设备综掘工作面机械化作业线的设备配套是否合理会影响到掘进效率。一般巷道综掘工作面仍采用旧式160掘进机作业，其截割岩石困难影响综掘效率；支护所用顶帮钻，依靠人工频繁移动，导致人工、材料占用都多，支护效率低下。
2.3 支护参数从当前成庄矿其它岩石巷道综掘作业循环来看，支护工序所占时间为55%，割煤工序时间占25%，运输系统影响占20%左右[3]。从时间比例上来看，支护工序是当前影响大断面岩石巷道高效掘进效率的主要因素。当前对下组煤大巷掘进而言，巷道顶板和两帮的加固强度富余量较大，但是因底板维护力度不够而出现底鼓量加大的情况，影响到整个岩石巷道的高效掘进速率。
2.4 施工工艺悬臂式掘进机配合锚杆钻车，后配装载机和胶带输送机的综合机械化掘进工艺方式是当前掘进巷道的主要施工工艺，施工工序为：综掘机截割、锚杆钻车打孔、支护等工作[4]。
3 高效掘进技术的优化方案设计研究3.1 掘进和支护设备的优化选择EBZ-260型掘进机，具有较强的截割能力，能够适应各类围岩条件，完全适合本巷道掘进规格要求。锚杆钻孔设备采用CMM2-15型锚杆钻机，加快了打眼工序和支护速度。
3.2 支护参数的优化选择中国矿业大学井下巷道支护优化软件进行支护参数进行优化，把相应的工程条件数值输入到软件，得到相应的数值模拟结果。其锚杆支护参数优化如下：1) 采用锚杆锚索联合支护，合理增大锚杆间排距，锚杆间排距由1 m调整为1.4 m；2) 锚索间距由2-0-2-0,调整为1-0-1-0提高支护效率；3) 帮最下1根锚杆可滞后工作面迎头四排施工。
3.3 辅助运输系统的改造优化岩石巷道的掘进中经常出现破顶底掘进现象，局部地段有大量岩石外运。对下组煤岩石巷道掘进对辅助运输系统进行了改造优化设计，主要包括以下两方面：1) 原来辅助运输设备为刮板输送机，事故率高无法满足高效掘进的运输要求，采用SJ-80型胶带输送机来进行替代；2) 改造胶带输送机，根据巷道长度实际情况加工并安装了简易胶带输送机，将原先的胶带输送机进行了改进优化，取代了事故率高的刮板输送机，从而达到了合理运输的目的[5-6]。
3.4 “掘-支-运”的优化配置1) “掘-支”联合施工工艺。采用机载锚杆钻车打孔和安装锚杆，减少传统顶帮钻支护的多道施工工序，改变掘进机割煤与锚杆钻孔安装不平衡的现象，缩短锚杆有效作业时间，提高成巷速度；2) 缩短辅助工序时间，尝试部分工序平行作业。对可以提高准备的相关辅导工序进行提前安排，比如做好交接班、运送物料、接风筒、移瓦斯传感器等工序，实现平行作业，并且做好风、水、电等设施的安全保障，提高工作面的掘进效率。
4 结语通过对成庄矿下组煤岩巷综掘工作面的优化设计，排除了大断面、伪顶等干扰因素，运用高效掘进技术取得了月进尺380 m的好成绩，为实现矿井高产高效的目标奠定了基础。从成庄矿下组煤岩巷的实际工程概况发现，分析了影响其高效掘进的四大影响因素，运用高效掘进技术，针对性的从掘进切割快速、支护参数合理、连续辅助运输及其三大工序之间的优化配置四个方面制定了该掘进巷道的优化改进工艺，并将应用于该巷道的工程实践应用当中。实践效果表明该优化方案是成功的，有效的提高下组煤岩石巷道的掘进效率。为掘进工作面的高效掘进技术提供了相应的技术参考。
