工作面高抽巷掘进技术研究与应用

康 智

（潞安化工集团寺家庄公司，山西 昔阳 045300）

0 引言

随着煤矿不断作业，矿井深度加大导致了巷道地应力的上升，使得围岩相对强度得到增强，由此而引发的问题在于炮掘作业的难度上升，掘进效率明显下降。特别是在高瓦斯矿井中，为有效应对工作面瓦斯问题，常规做法是通过在煤层顶板设置高抽巷来实施瓦斯抽放。高抽巷通常被设计成全岩巷道，然而采用传统的炮掘工艺往往效率较低，这直接影响了井下采掘的连续性，甚至容易导致安全事故的发生[1]。本文为提高工作面高抽巷掘进效率，以山西省某煤矿3503工作面高抽巷为例，对支护设计、掘进方式进行研究。

1 工程概况

3503 高抽巷四周分布分别为实体煤（北）、皮带巷（南）、运输巷（西）与井田边界（北），其中运输巷与高抽巷平行布设。3503 工作面切眼长290 m，可采长度1 209 m，设计运输巷道长度1 324 m，风巷1 200 m，高抽巷1 228 m，已探明可采储量约298 万t。煤层平均厚度6.49 m，埋深525～545 m。

2 支护设计

2.1 顶板围岩探测

在巷道开口顶板采样，之后煤巷每间隔300 m、岩巷每间隔500 m 进行一次采样。利用锚索钻机探测顶板岩体特性，其探测深度应到超过设计长度2 m，90°角，我们必须对探测数据及时开展研究以确定岩石特性。锚索半径22 mm，长达7.2 m，且探测最大深度8.5 m。值得注意的是，随着锚索长度的变化，我们必须灵活改变探测深度，以保证其超过设计长度至少2 m。这一系统性的调整机制对于维持锚索系统的稳定性与可靠性至关重要。顶板围岩探测分析结果，如表1 所示。

表1 某煤矿3503 工作面顶板探测情况表

2.2 支护工艺与支护参数

3503 高抽巷断面呈直墙半圆，支护方式为锚杆、锚索以及钢筋网三者共同构成。该巷道在掘进作业过程中矿压步距较低，支护锚具未出现断裂、破损现象，表明该支护强度能够达到3503 高抽巷掘进作业中顶板支护需求，支护方式与支护参数选取合理。锚杆、锚索规格分别为Φ20 mm×2 000 mm、Φ22 mm×7 200 mm，制作原料分别为左旋无纵肋螺纹钢与低松弛钢绞线。3503 高抽巷断面参数，如表2 所示。

表2 3503 高抽巷断面参数

顶部支护帮锚杆与顶锚杆间/ 排距分别为：800 mm/900 mm；900 mm/900 mm，顶锚索相距180cm布设一根，同排3 跟，使用W 钢带交错排布，强化支护。临时支护使用内注式单体液压柱，采用DN20 液压柱，0.4 m×0.3 m×0.2 m 柱鞋，主备模式，7 根主液压柱、3 套主柱鞋柱帽，3 根备液压柱、1 套备柱鞋柱帽。支护距离工作面迎头不超0.50 m，液压柱距离工作面掌头不超50 m，临时支护最长不应超出7 h。

在开采过程中除巷内支护外，还应使用沿空留巷旁支护。巷旁支护有柱式、垛式、墙式、锚注式等支护方式，其中墙式支护具有增阻速率高、稳定性强等特点，因此在该煤矿工作面采用墙式巷旁支护。墙式巷旁支护通常采用混凝土填充，在该煤矿中为进一步提高稳定性，将钢带支架交错排布在混凝土填充袋中，在外部采用预应力对拉锚杆、钢筋网和钢筋托梁进行护表[2]。在填充混凝土后，因收到内部与外部双向约束力，该墙体破坏模式发生改变，承载力与抗变形力有着明显提高。支护墙体使用B50 混凝土，厚度100 cm，对拉锚杆直径18.2 mm，长度为120 cm，间/排距分别为800 mm/800 mm，填充袋内部的钢带支架使用直径为6 mm 的钢筋网捆绑扎紧形成。该墙体混凝土终凝强度超出42 MPa，墙式巷旁支护结构示意图，如图1 所示。

图1 混凝土墙式巷旁支护结构示意图

3 掘进施工工艺

3.1 施工方法

3503 工作面高抽巷全断面一次爆破掘进，并利用扒岩机与带式输送机运出矸石。巷道未开凿时，第一个任务在于找出中心线及洞口的精准位置，工程实施时推崇位于5 m 处采取短挖短锚法。爆破作业完成之后的工序应包括实施敲帮问顶及对临时支护的有序进行。经过支护工程的完成并经验收合格后，才能安排掘进工作。

3.2 掘进方式

结合方案来看，采取岩巷一次爆破流程主要为：在进行作业安全检查时，必须严格执行交接程序，确保所有工序符合规范。巷道轮廓线和拱基线的确定是关键步骤，需要仔细梳理地质结构，以确保支护系统的有效性。搭架、定炮眼、编号、标定人员等工作应在作业前有序完成，以确保整个爆破过程的精准性。定钻、确定方位、调整等操作必须精准无误，确保钻孔布置符合设计标准。检查炮眼、装药、连线等步骤应当细致入微，杜绝任何疏漏[3]。设警戒、爆破后的除尘工作，以及降低瓦斯含量的措施，是为了确保爆破操作环境的安全。爆破后要仔细检查残孔，进行盲炮、拒爆、残爆等处理，清除渣岩、出矸，临时支护和永久支护的合理施行是确保工程质量和安全的必要手段。最终，去除临时支护是整个作业的收尾工作，需要谨慎有序地完成。

3.3 爆破作业

在爆破工程中，采用掏槽眼与采掘工作面斜交的方式，以确保外眼眼口在轮廓线0.1 m 内，同时保持眼底位于轮廓线，形成每1.8 m 循环一次的布局。选用三级乳化炸药，采用自产装药设备，装药长度为6 m，搭配毫秒延迟雷管，确保最后一步不超过130 ms。炮眼的利用率高达90%，一次引爆的最大消耗为32 kg。

炮眼深度计算公式如式（1）所示：

式中：L 表示施工进度，取值80 m；t 表示作业时长，取25 d；N 表示循环次数，此处取值2 次；α、β 分别表示循环率与炮眼利用率，分别取值0.8 与0.9。结合实际情况，钻孔深度达到2.2 m 的条件下，使用YT-28 气腿钻机搭配2.5 m 空心六角钢钻杆进行风钻作业。在此背景下，试排方法的设计允许最多配置48 个炮眼。聚焦于炮眼布置的优化，通过调整炮眼位置，深化研究以提高地下资源勘探的效率。爆破涉及正向装药、炮眼口的实填和平封等关键步骤[4]。在实施全断面爆破策略时，采用毫秒级延迟电雷管引爆，注重按顺序从掏槽眼出发，引入智能引爆装置进行操作，由高能脉冲发爆器、放炮母线、连接线、雷管脚线等组成，整体串联接线，正向装药，如图2 所示。

图2 装药结构示意图

3.4 装载与运输

3503 工作面高抽巷使用P—60B 型耙斗装岩机与带式输送机配合运输矸石，无极绳转车、WCL5Y 型履带车输送材料，设备使用情况如表3 所示。

表3 运输设备使用情况

3503 工作面排矸线路，采用高抽巷耙斗装岩机进行矸石的排除工作。系统包括工作面、西部高抽进风巷、溜矸眼、溜矸下巷、新景矿大皮带以及地面等要素。在物流系统中，原材料需经由斜坡底部运送至高抽巷和下料巷，其过程涉及到55 kW 的卷扬机，其作用是按照斜坡的倾斜度进行输送。此系统设计旨在有效实现物料输送，并通过卷扬机的动力调整，确保斜坡运输的稳定性；平巷运输和进出车场采用人工推车方式，通过无极绳回转至高抽巷入口500 m 处。在人工卸载后，履带板车负责将物料顺利运送至工作面。整个运输路线包括地面、副立井、辅运巷、高抽措施巷、下料巷以及西部高抽进风巷，最终抵达工作面。这套复杂而有序的流程体现了科学、高效的煤矿运输系统，确保了物料顺利输送至目标地点。

4 结语

高抽巷在煤矿工程中扮演着至关重要的角色，其通常是全岩巷道，尤其在支护和掘进工艺方面显得尤为关键。以山西省某煤矿3503 工作面为例，采用联合支护和全断面一次起爆技术，不仅在实际操作中展现出显著的工作效率提升，同时也在成本方面取得了令人瞩目的节约，减少煤矿安全事故发生，对高抽巷掘进具有重要的指导意义。