1 技术创新背景

随着煤矿综采放顶煤技术的发展，国内已出现年产千万吨级的单个工作面，使掘进煤巷尤其是工作面回采巷道长度大幅度增加，巷道快速掘进和支护技术已成为制约煤矿高效大规模生产的关键因素，也是保证矿井实现高产高效的必要条件。但对于当前立井开拓的煤矿而言，综合掘进技术的发展滞后于综采技术，综合掘进技术满足不了综采生产的现象突出，特别是在大断面单巷综合掘进技术方面更加明显。此外，由于煤矿开采深度的增加，深部复杂条件下煤巷支护难度越来越大，更是制约了煤巷的掘进速度。因此，改进深部厚煤层大断面煤巷快速掘进和支护技术具有重大意义。

以兖矿集团东滩煤矿为例，目前该矿核定生产能力750万t/a，煤巷掘进工程量高达14000 m/a，但在厚煤层放顶煤工作面回采巷道掘进时，大断面煤巷掘进速度明显较慢，目前平均只有3960 m/a，导致采掘接替紧张。本文通过分析东滩矿三采区大断面回采巷道条件与施工情况，分析了其掘进速度较慢的原因，研究了厚煤层大断面煤巷快速掘进与支护优化设计原理，提出大断面煤巷快速掘进与支护技术的改进方案。

2 改进前巷道条件及施工分析

2.1 地质条件与掘进现状分析

东滩煤矿煤巷掘进深埋高应力、煤层起伏大、断层多、煤层结构复杂，是快速掘进与支护的不利因素。在此条件下，首先要通过短掘短支、高强度与高密度支护的方式，实现巷道围岩稳定，避免巷道发生大变形及失稳，但由于巷道断面大，锚杆锚索数量多、支护密度高、支护强度大，大幅增加了掘进工作量，延长了支护时间。

2.2 支护方式与劳动作业分析

目前东滩矿整体掘进机械化水平偏低，煤巷支护大都采用人工挂前探梁临时支护，使用单体锚杆钻机永久支护。由于采用一掘一支、短掘短支循环作业，循环进尺800 mm，造成巷道掘进工序时间长。同时，掘进和支护不能平行作业，而且每个循环内掘进机多次前移和后退，增加了掘进时间，进而使整个循环时间增加。

3 大断面煤巷快速掘进与支护技术研究

3.1 快速掘进与支护条件分析

目前，我国井工开采煤矿在稳定煤层多巷快速掘进技术、浅埋稳定煤层单巷掘进技术上都取得了很大进步，掘进速度能够满足采煤生产需要。另外，兖矿集团采用的掘锚一体化技术在地质条件较好的煤层单巷掘进中也取得了较好的效果，但掘锚一体化技术对于深部复杂地质条件的适应性较差。因此，对于复杂地质条件下的深部大断面煤巷，提高煤巷的掘进速度并保证支护质量，是实现矿井安全高效生产的重要因素。

通过对东滩矿煤巷掘进工序分析可发现，提高巷道施工速度可从以下方面考虑：优化支护参数、适当降低支护密度；提高临时支护和永久支护的机械化程度与速度；优化掘进机作业方式；合理安排掘、支作业顺序，最大限度地平行作业。

3.2 试验巷道位置与地质情况概述

东滩矿3304轨道平巷位于-660 m开采水平，地面标高+50.28～+50.77 m，井下标高在-518.3～494.4 m，位于三采区3号煤层轨道巷以西，南邻3303工作面(采空区)，北邻3305工作面(未开拓)。3304轨道平巷总长度约1048 m。

平巷自3303运输平巷连接西帮开门，巷道沿3号煤层底板层位掘进，3号煤层厚8.2～9.2 m，普氏系数f=2～3；3号煤层直接顶为粉砂岩，厚3.65～4.25 m，普氏系数f=4～5；3号煤层老顶为中细砂岩，厚14.21～17.7 m，普氏系数f=5～6；3号煤层直接底为粉砂岩或粉砂质泥岩，厚5.6～7.35 m，普氏系数f=4～5；老底为细砂岩，厚3.88～14.34 m，普氏系数f=5～7。

3.3 快速掘进与支护技术研究内容

针对厚煤层开采大断面煤巷掘进速度慢、机械化程度低、易造成采掘接替紧张的问题，以东滩矿3304轨道平巷地质采矿条件为依据，综合采用理论分析、数值模拟和现场监测方法，对巷道支护参数优化、大断面煤巷支护技术、快速永久支护装备的选型与配套展开研究，主要研究内容包括：

(1)大断面煤巷单巷掘进快速支护设备配套及工艺：设计机械化临时支护及掘进机等装备在沿空巷道掘进中的作业方式并在现场进行工程实践，并在实践过程中对其加以改进，以便更好地适应快速掘进的需求。

(2)厚顶煤大断面煤巷的支护优化设计原理：提出掘进工作面临时支护强度的理论计算方法，对现有的永久支护理论进行改进，在此基础上优化改进深部厚煤层大断面煤巷现有的支护参数。

(3)大断面煤巷掘进支护与围岩的三维动态作用关系：在分析深部综放沿空掘巷围岩破坏特点的基础上，建立沿空掘巷围岩力学模型，对掘进工作面推进过程中掘进与支护相互作用下围岩三维应力、位移的分布变化规律进行研究，并提出分段多级支护技术，为巷道支护设计提供理论依据。

3.4 快速掘进与支护技术研究成果与实践

(1)研究掘进工作面围岩冒落破坏机制，结合东滩矿井下现场实际情况，在3304轨道平巷掘进期间使用与综掘机配套的ZLJ-20/21型机载快速支护装置，见图1。该装置是用于掘进空顶区进行临时快速支护的辅助装置，安装在综掘机上并与掘进机配套使用,解决目前煤巷掘进使用前探梁临时支护存在的弊端，对空顶区进行安全可靠、快速支护。使掘、支、锚平衡，提高综掘机械化程度，实现快速掘进与支护。

(2)改进了巷道顶板锚固组合梁理论，优化了3304轨道平巷断面与支护参数：巷道由传统梯形断面变更为倒梯形断面，巷道两帮92°扎角，下净宽度4.8 m，上净宽度5 m；净断面面积18.62 m2；巷道掘进高度4.0 m，下底掘进宽度5 m，上底掘进宽度5.2 m，掘进断面面积20.4 m2。顶板锚杆排距由现在的800 mm增长至900～1000 mm，顶板锚索排距由1600 mm增长至1800 mm，顶板锚索由两根直径22 mm锚索减少为1根锚索，帮锚索的间排距为1700 mm×1800 mm。

(3)确定3304轨道平巷的锚网带、锚索联合支护方式，具体支护参数为：顶板每排布置7根ø22 mm×2400 mm高强左旋无纵筋螺纹钢树脂锚杆，锚杆间排距750 mm×900 mm；巷中以北500 mm位置每隔1800 mm布置1根ø22 mm×8500 mm的锚索；两帮每排各布置5根锚杆，两帮上部4根锚杆采用ø20 mm×2000 mm强螺纹钢锚杆，第5根锚杆采用ø20 mm×1000 mm全螺纹钢锚杆，帮锚杆间排距为850 mm×900 mm，沿空帮顶板向下500 mm按25°～35°仰角打注1根ø22 mm×5000 mm锚索，帮部中间位置垂直煤壁打注1根ø22 mm×3500 mm锚索，实体帮一侧布置2根ø22 mm×8500 mm锚索，间距为1700 mm。巷道断面支护示意图见图2。

(4)为避免掘进与支护相互分离，实现最大限度平行作业，提高掘进支护速度，研究提出大断面煤巷分段多级支护技术，即将支护分为临时支护、及时支护和滞后支护3个等级，确定了各级支护时间和滞后距离、支护参数和支护强度等：施工时在巷道顶帮成型完整、压力显现正常时，使用机载快速支护装置每循环施工2排钢带，两帮上部2根锚杆每循环施工1次，第三根锚杆滞后迎头4排打注，第4、5根锚杆滞后迎头5排打注；过断层、压力集中区等特殊构造段及帮部煤壁松软、片帮时帮部锚杆紧跟迎头打注。

通过采用上述快速掘进与支护技术，3304轨道平巷平均月进尺达到410 m，较原施工方式提高了约80 m，实现了快速安全掘进的目的。现场监测表明，巷道在掘进和回采期间(采煤工作面前方)能够保持稳定，巷道掘进期间，顶底位移量平均移近量为163.7 mm，两帮平均移近量298.1 mm。回采期间，顶底板移近量为350 mm，两帮移近量为845 mm，此时顶底板位移量最大为490 mm，两帮最大移近量为1110 mm，巷道支护保持稳定，满足采煤生产要求。

4 结论与推广意义

通过对厚煤层大断面煤巷快速掘进与支护技术的研究与实践，形成了新的厚煤层大断面煤巷快速掘进与支护技术。该技术操作简单可靠，且施工机械化程度高。在东滩矿3304轨道平巷掘进的现场实践应用表明，巷道平均月进尺达到410 m，较原施工方式提高了约80 m，实现了快速安全掘进的目的。该技术能有效提高东滩煤矿深部采区煤巷掘进速度，有效控制沿空巷道的围岩变形，提高巷道围岩稳定性，保障工作面作业空间；提高了巷道掘进速度，降低了由于支护不当所造成的顶板事故发生率和巷道维修工作量，为综放开采的高产高效提供了保障；同时，提高了机械化作业程度，降低了工人劳动强度，有利于工人的人身安全和健康。该技术可对复杂地质条件大断面煤巷快速掘进与支护技术起到积极推动作用，为兖州矿区乃至全国高产高效开采的大断面煤巷快速掘进与支护提供技术支持，具有一定的工程应用价值。

参考文献：

[1] 张荣立，何国纬，李绎.采矿工程设计手册(下册)[M].北京：煤炭工业出版社，2003

[2] 兖矿集团有限公司.煤巷锚杆支护技术规范[M].北京：煤炭工业出版社，2003

[3] 兖州煤业股份有限公司.兖州矿区厚煤层矿井巷道布置[M].北京：煤炭工业出版社，2005

Research on fast driving and support technology of large cross-section coal roadway in thick coal seam

Wang Zhongcai, Qu Yanlun

(Dongtan Mine, Yanzhou Coal Mining Co., Ltd., Zoucheng, Shandong 273512, China)

Abstract In view of the difficulty in roadway support due to the large buried depth, high stress and complex coal seam structure of the coal roadway in Dongtan Mine, taking the tailgate of 3304 fully mechanized work face in thick coal seam at Dongtan Mine as the engineering background, the layout of large cross-section roadway rapid driving and the technical innovation of support form were introduced and the in-situ application measurement was undertaken.The results showed that the improved layout and support form can realize the fast and safe driving and reduce the support cost.

Key words thick coal seam, large cross-section, coal roadway, driving support

中图分类号 TD263

文献标识码 A

引用格式：王中财，曲延伦.厚煤层大断面煤巷快速掘进与支护技术研究[J].中国煤炭，2019,45(6)：35-37.

Wang Zhongcai, Qu Yanlun.Research on fast driving and support technology of large cross-section coal roadway in thick coal seam[J].China Coal，2019,45(6)：35-37.

作者简介：王中财(1983-)，男，山东临沂人，毕业于安徽理工大学采矿工程专业，现任兖矿集团东滩煤矿矿井设计师，工程师，主要从事矿井井巷工程施工设计工作。

(责任编辑 陶 赛)