摘要：结合山西省某煤矿实际，合理选择掘进工艺与掘进设备、优化作业流程、优化巷道支护方式，在确保巷道稳定性的前提下，实现了对工作面半煤岩巷道的快速掘进作业，实际应用表明掘进速度提升效果显著。

　　关键词：半煤岩巷；快速掘进；巷道支护

　　0引言

　　综合机械化开采技术的迅速发展与推广，使得巷道掘进进尺与采掘效率得到了极大提高，当前我国煤矿工作面推进长度达到3 km/a，导致巷道准备工作效率也要相应提高[1-2]。特别是岩巷，因岩体硬度大、掘进设备的机械化程度较低、技术成熟度不高，导致掘进效率难以与煤层开采效率相匹配。为此，须对掘进设备与工艺上进行研究，并采取合理稳定的支护措施，在不影响巷道质量的前提下提高掘进速度[3-5]。本文对山西省某煤矿半煤岩巷道进行快速掘进技术的研究，并进行巷道支护。半煤岩巷道与普通岩巷、煤巷围岩性质不同，掘进过程中应在煤层或岩层额外掘进一段，以确保巷道高度。常见的掘进方式有挑顶掘进与卧底掘进，可根据矿井实际情况选择合理的掘进方式。

　　1工程概况

　　山西省某煤矿位于太行山脉尾部东南侧8 km处，矿体整体形状不规则，东西走向最宽长度为188 km，南北为293 km，总面积约为6 989 m2，已探明煤炭储量9.71亿t，可采储量6.24亿t，设计生产能力为450 t/a。矿区3202综放工作面沿倾向布置，走向推进，可采煤层平均厚度为2.43 m，最大煤层厚度为4.1 m，煤岩层平均厚度为2.87 m，主要包括焦煤与瘦煤。其中，3202胶带运输巷为半煤岩巷道，巷道最低倾角接近0。，最高倾角2。，平均倾角0.3°,为近水平巷道。该巷道围岩成分主要为砂岩夹杂煤屑，具体围岩情况如表1所示：

　　半煤岩巷道掘进受煤层及岩层特性的影响。在实际掘进作业中，为了确保巷道施工效率，必须尽量避开相对坚硬与相对松软的岩层和煤层。针对巷道的岩性，通常从岩体的单轴抗压强度、节理间距与条件、岩芯质量、RQD值等方面进行分析，并根据RMR值（岩体地质力学分类指标值）反映岩层性质。经勘察测量，该煤矿3202工作面顶板细粒砂岩RMR值为40，底板粉砂岩RMR值为42，煤层RMR值为27，顶板与底板RMR值均超过煤层1.5倍，表明该工作面的顶底板地质构造良好，具备开展快速掘进作业的条件。

　　2半煤岩巷快速掘进

　　2.1半煤岩巷快速掘进方式选择

　　在具备快速掘进能力的半煤岩巷道中，巷道选择层位应符合以下原则：巷道所选择的层位应满足综采工作面开采的需要；选择的层位可顾后期巷道支护方式，确保其满足快速掘进需要；选择的层位可确保巷道一次完成成型和支护。半煤岩巷道常用快速掘进技术有挑顶掘进、卧底掘进以及挑顶兼卧底掘进等方式。为选取最优快速掘进方式，根据3202工作面半煤岩巷实际围岩参数建立细粒砂岩、煤层和粉砂岩三层岩体/煤体仿真模型，利用FLAC3D对不同层位、不同掘进方式下半煤岩巷所受应力情况进行仿真分析，分析结果如下：

　　采用挑顶掘进方式时，在巷道顶部两角处应力值大，有明显的应力集中现象，而在底部两角处应力值很低，无应力集中情况。采用卧底掘进方式时，在巷道顶部两角处应力值小，无明显应力集中，而在底部两角处应力值较高，存在应力集中情况。采用挑顶兼卧底掘进方式时，半煤岩巷道顶部底部两角处应力值均较高，且均存在应力集中。综合上述结果，挑顶掘进方式仅需支护半煤岩巷道顶部两角，成本较低，且该技术较为成熟，因此3202工作面半煤岩巷选取挑顶掘进方式进行快速掘进作业。

　　2.2半煤岩巷快速掘进应用与优化

　　3202工作面使用EBZ260M-2掘锚护一体机，对半煤岩巷开展挑顶掘进作业。该设备可将掘进机和锚杆钻机有机地结合在一起，实现1台设备同时进行掘进和支护工作，节约两设备换位作业工时，在半煤岩巷中使用既可以减小围岩的变形与损伤，确保围岩的稳定性，又可以提高机械化程度，减轻工作人员的劳动强度，同时该掘锚护一体机还具备可实现掘锚平行作业、减少单循环进尺占用时间、提高巷道掘进速度、增强支护作业安全性等优点。

　　3202工作面半煤岩巷为大断面直墙半圆拱形状，首先在巷道上部掘岩作业，采掘出矸石作为顶板锚杆、锚索施工台阶，在顶板支护施工完成后，采掘巷道下部，最后完成出矸。3202工作面半煤岩巷掘岩顺序如图1所示。从巷道的肩窝开始，横向在巷道内掘出一条沟槽，然后在上部一定高度处，横切出第一条带，如此反复至巷道顶部，在巷道上端支护完成后，重复此工序由上到下切割至巷道的底部。

　　该工作面现场作业过程中发现，部分地段巷帮下层煤体支护不到位，巷帮暴露的煤体片帮外侧，煤体的变形破坏相对较少，而巷帮上部有大量的泥岩冒落段，离层变形较大。此时在保证巷道掘进条件和瓦斯含量不超标的情况下，适当地增加半煤岩巷煤帮的高度，缩短掘锚护一体机的切割岩体时间，进一步提升了3202工作面半煤岩巷掘进速度。

　　3半煤岩巷支护优化

　　在一个施工周期内，支护耗时为掘进的2～3倍，在工作周期内占比最大。因此，要使半煤岩巷整体掘进速度加快，就需进行支护优化。合理地选取支护方式与支护参数，能有效地加快巷道掘进进度。在该煤矿3202工作面半煤岩巷中，采用“锚杆+锚索+金属网”联合主动支护方式，既能确保巷道围岩的稳定性，又能减少施工工序，提高掘进速度。支护方案如下：

　　1）巷道顶板锚杆支护设计。顶板选用联合支护形式，锚杆采用18 mm螺纹钢锚杆，扭矩可达120 N·m，锚固长度1 200 mm，锚杆分布情况包括锚固间距以及排距设计为800 mm×800 mm；顶部锚杆作为金属网的固定结构，与金属网进行配合使用，同时在地质破碎区段可铺设双层金属网，减缓破碎顶板的冒落；顶板锚索均选用17.8 mm，锚固长度7 000 mm，分布情况即锚固间距排距设计为1 200 mm×800 mm，通过布设锚索结果，将直接顶锚固至上层坚硬顶板，增强顶板承载能力。

　　2）巷道两帮锚杆支护设计。两帮同样选用联合支护形式，锚杆材质不变，结合以往巷道挤压变形过程中，两帮变形情况相对较小，锚固长度缩短为800 mm；同时铺设一层4 mm直径金属网，网孔大小为40 mm×40 mm正方形网格，有效减缓两帮破碎煤体的垮落，锚杆作为金属网固定结构，间距及排距分布为1 000 mm×1 200 mm。

　　3202工作面半煤岩巷支护示意图，如图2所示。

　　4现场应用效果分析

　　该煤矿3202工作面半煤岩巷实际掘进结果表明，采用以EBZ260M-2掘锚护一体机为主的掘进方案与支护优化方案后，半煤岩巷道日进尺最高可达15.12 m，最低日进尺6.31 m，日平均进尺12.09 m；而采用传统掘进方式，日进尺最高仅8.92 m，最低日进尺3.57 m，日平均进尺仅为6.31 m。相比于传统掘进方式，半煤岩巷快速掘进方案掘进速度提升约91.6%，同时优化后的巷道支护更加稳定，提高工作面生产安全系数。

　　5结语

　　随着煤炭开采规模不断增加，煤炭资源持续减少，半煤岩巷占比逐渐增大。结合山西省煤矿实际，合理选择掘进工艺与掘进设备、优化作业流程、优化巷道支护方式，在确保巷道稳定性的前提下，实现了对3202工作面半煤岩胶运巷快速掘进作业，并与传统掘进方式进行对比，结果表明效率提升约91.6%，效果显著。

　　参考文献

　　[1]李明镜，蒲元宏.大断面半煤岩巷道快速掘进与支护技术[C]//2016年全国矿山建设学术会议专刊（上），2019：80-83.

　　[2]谢廷深，宋景利，刘兆辉.半煤岩巷快速掘进技术研究[J].内蒙古煤炭经济，2021（1）：47-48.

　　[3]王强.屯兰矿18405半煤岩巷快速掘进支护参数优化研究[J].山西化工，2022（4）：98-99.

　　[4]任葆锐，王虹.煤及半煤岩巷道掘进设备技术发展概况与思考[C]//中国煤矿综采机械化发展30周年学术研讨论文专集，2020：70-74.

　　[5]卫秋来，王海彦，祁晓虎，等.半煤岩巷宽断面掘煤充矸掘进施工工艺[J].煤矿开采，1998（3）：3.