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摘要：由于复杂的地质条件给煤巷的快速掘进和支护造成了巨大的不利影响，为了达到在复杂地质条件下大断面煤巷进行快速掘进这一目的，平煤股份四矿提出了从提高掘进技术、优化顶板支护技术、合理辅助运输、改善施工工艺等方面着手研究。
关键词：大断面煤巷 快速掘进 支护技术
0 引言
随着社会经济的发展，煤炭的作用也变得越来越重要起来。因此如何保障煤炭行业的可持续发展就成了一个重要问题。总体来说应该要从科技和管理两方面入手，软件和硬件设施上双管齐下。对于如何在安全的前提下成功的实现快速掘进的目标，平煤股份四矿进行了几个方面的探究和实践。
1 矿井简介
平煤股份四矿是集团公司的主力矿井之一，是一座设备先进技术顶尖的现代化矿井。随着开采的深度在加深，地质条件越来越复杂，矿井隐患也随之增加。这对矿井的开采效率和安全生产都可能造成巨大的威胁，为了最终达到安全、高效率的开采，平煤股份四矿进行了多方面的努力。
2 大断面煤巷快速掘进数值模拟
煤巷掘进是一个连续的、动态变化的过程，因此可以采用三维有限差分软件FLAC 3D根据平煤股份四矿工作面地质条件建立模型。因为整个模型是对称的，所以模型取一半，如图1。
2.1 方案设计 掘进循环进尺大小对实际煤巷快速掘进有决定性影响。掘进进尺不同时，巷道围岩应力场和位移场分布特征不同。
如图2所示：a不管掘进进尺怎样，掘进头前方的煤体和顶板底板都会出现应力增大区，而掘进头后方一定范围内则会出现应力降低区，且应力降低区呈一个拱形；b当掘进进尺达到了3.2米的时候，由于端头效应的影响，掘进头顶板此时出现了应力集中的现象，而这一现象明显对煤巷快速掘进非常不利；c当掘进进尺在1.6-2.4米之间的时候，在端头附近所引起的垂直应力扰动，不管是从应力集中程度来说，还是从扰动影响的范围广度来说，都是对煤巷快速安全掘进没有太大影响的。综上所述，采用1.6米的掘进进尺是适合的，如果顶板条件优良还能够使用2.4米的掘进进尺。按照三掘一检修的制度，每个掘进班三个循环，平均每日能够达到14.4-21.6米的进尺速度，这就大大的提高了掘进速度。
2.2 支护保障 在掘进的途中仅有锚杆的保护时，掘进头附近应力明显集中，顶底板围岩塑性区和拉伸破坏区发育范围较大，因为锚杆承受了大部分径向拉伸和剪切力，即便围岩并没有遭到高强度破坏，但是顶板的“弱化高度”已经明显加大，这对安全快速掘进是不利的。如果用锚杆和锚索配合支护，可以形成一个6-8米范围的耦合承载区，所以就能相应的减低应力的集中程度。再让锚索对顶板进行深部锚固，在锚固的同时和锚杆共同形成组合拱承载结构，并在此基础之上增加锚杆和锚索的数量，共同工作共同作用对顶板产生连续支撑点，减缓其下沉速度。底角锚杆主要作用就是为了降低巷道底板塑性区发育范围，使底板鼓起的数量大大减低，从而达到煤巷快速安全掘进的最终目的。
3 大断面煤巷快速掘进配套设备
3.1 新型锚杆钻机的开发 锚杆钻机可分为三类：第一类是手持式；第二类是移动式；第三类是机载钻机。在如今科技日新月异的时代，锚杆机也在迅速的发展，国外许多国家如法、德、英以及瑞典等国家在锚杆机技术上都已经达到一个较高的水平。
而国内大部分的矿井使用的还是单体锚杆钻机，平煤股份四矿之前使用的是CHDDR型顶板锚杆机。这种顶板锚杆机有几大缺陷，首先它的机体过长，其次就是调机速度比较缓慢，最严重的就是适应性差，无法在顶板条件不够好的情况下完好适应。这就给煤矿的开采造成了极大的不便，不仅增加了不少工人的劳动量，而且支护速度也大大减缓，甚至可能造成极大的安全问题。这种锚杆机已经不适应平煤股份四矿在如此复杂的地质条件下的采矿工作。
介于诸多因素，平煤股份四矿迅速召集了一批科研力量，自制成功新型锚杆机。这种新型锚杆机，不仅可以完全克服CHDDR型锚杆机所存在的各种问题，而且还解决了国内锚杆机所存在的效率低、易损坏、灵活度不够等问题。这种新型锚杆机安全、便捷、灵活、生产效率高、功能多、具有良好适应性且可靠度也是非常的高。新型锚杆机的使用在运行期间省时省力，能够有效防止潜在危险的发生，而且它的机型体积比较小，操作起来相对灵活。
3.2 快速掘进的配套设备 因为当地的地质条件复杂，断面大，所以在掘进机的选择上要求较高。平煤股份四矿选择了使用新型锚杆机和掘进机S200MJ配套的方式。新型锚杆机进行快速安全支护，而掘进机进行快速掘进，两者相结合有效的提高了掘进的效率和速度。
掘进之后的运输工作也是相当重要的，通畅的运输才能保证工作效率的提高。平煤股份四矿在运输之上则是选择采用一种多功能的运输机SDP-650，这种运输机上可运输煤炭，下面还能运送一些材料或者废弃物品，从而节约了运输时间加快了掘进速度。
4 优化支护参数，改进施工工艺
支护速度的快慢和施工工艺的科学性，两者都影响着掘进速度的快慢。首先是对锚杆支护参数的优化。在保障安全的前提下，平煤股份四矿决定增强顶板和两帮的加固强度，这样做不仅整体增强了支护力度，而且提高了掘进的安全系数。
其次是改进施工工艺。平煤股份四矿使用的是双巷掘进方案，即综掘机和锚杆机交叉作业，一个掘进割煤，一个进行巷道支护，双方都完成以后再互相交换巷道工作。
“掘-支-运”三方面的互相合作以及优化配置。在掘进的过程中，让掘进、支护、运输平行作业，互不干扰。采用新型锚杆机打孔和安装锚杆，简化了老式的锚杆安装模式，加快了速度。同时锚杆支护和掘进机可以进行交叉作业，双巷掘进。一改以前单巷开采时两者只能一个工作另外一个闲置的不合理配置，节约了时间加快了速度，自然提高了掘进速度。在进行实际的工作安排的时候，可以提前有个计划，比如在铺设轨道、交接班、通风等工序在进行的时候，可以协调各部门和工作人员，在保证工作质量的前提下可以组合完成以节约不必要的等待时间。
5 结论
平煤股份四矿在对煤巷的快速掘进的研究过程中，克服了复杂的地质和大断面等自然因素的影响，同时在技术上进行积极的改进和创新，优化了施工工艺，并且取得了巨大的成就。比如换掉了老式的锚杆机而研发出新型锚杆机，从而加快了锚杆支护的速度，增强了安全性。如果支护工作没有做好，那么存在的不稳定因素极有可能会影响到掘进工作的进行，如果有工作失误存在，可能对于生命和经济上都将造成一个无法挽回的损失。所以平煤股份四矿首先选择在支护上创新和改进，将安全问题放在了第一位。
平煤股份四矿在资源和人员管理上进行了优化配置。在先进的支护条件之下，对资源的充分利用和对人员的合理安排，这些不仅是从根本上提高了效率，而且同时也减少了工作人员的劳动量。
平煤股份四矿在实际工作中不断的进行自我提高，并取得了巨大的进步。他们充分利用本身的科研力量，不仅提高了效率，还大大减低了购买高额进口设备的投资。这是一个长足的进步，这不仅是平煤股份四矿的进步，也是整个煤矿行业的进步。平煤股份四矿的成功经验，为以后在复杂地质条件下大断面煤巷快速掘进提供了实体参考，同时也为整个煤矿行业不再完全依靠进口设备提供了一个好的榜样。
参考文献：
[1]杜启军，赵启峰，杨壮，郭敬中.复杂地质条件下大断面煤巷快速掘进研究与实践[J].煤炭工程，2013.
[2]魏敬喜.大断面复合顶板煤巷快速掘进技术研究[D].安徽理工大学，2011.
[3]闫振东.大断面煤巷支护技术试验研究及新型锚杆机研发应用[D].中国矿业大学（北京），2010.
[4]杨壮.大断面煤巷综掘锚杆支护快速掘进关键技术研究[D].安徽理工大学，2008.
[5]马利.岩巷机械化快速掘进技术及其在邢台矿区的应用研究[D].中国矿业大学（北京），2012.
关键词：大断面煤巷 快速掘进 支护技术
0 引言
随着社会经济的发展，煤炭的作用也变得越来越重要起来。因此如何保障煤炭行业的可持续发展就成了一个重要问题。总体来说应该要从科技和管理两方面入手，软件和硬件设施上双管齐下。对于如何在安全的前提下成功的实现快速掘进的目标，平煤股份四矿进行了几个方面的探究和实践。
1 矿井简介
平煤股份四矿是集团公司的主力矿井之一，是一座设备先进技术顶尖的现代化矿井。随着开采的深度在加深，地质条件越来越复杂，矿井隐患也随之增加。这对矿井的开采效率和安全生产都可能造成巨大的威胁，为了最终达到安全、高效率的开采，平煤股份四矿进行了多方面的努力。
2 大断面煤巷快速掘进数值模拟
煤巷掘进是一个连续的、动态变化的过程，因此可以采用三维有限差分软件FLAC 3D根据平煤股份四矿工作面地质条件建立模型。因为整个模型是对称的，所以模型取一半，如图1。
2.1 方案设计 掘进循环进尺大小对实际煤巷快速掘进有决定性影响。掘进进尺不同时，巷道围岩应力场和位移场分布特征不同。
如图2所示：a不管掘进进尺怎样，掘进头前方的煤体和顶板底板都会出现应力增大区，而掘进头后方一定范围内则会出现应力降低区，且应力降低区呈一个拱形；b当掘进进尺达到了3.2米的时候，由于端头效应的影响，掘进头顶板此时出现了应力集中的现象，而这一现象明显对煤巷快速掘进非常不利；c当掘进进尺在1.6-2.4米之间的时候，在端头附近所引起的垂直应力扰动，不管是从应力集中程度来说，还是从扰动影响的范围广度来说，都是对煤巷快速安全掘进没有太大影响的。综上所述，采用1.6米的掘进进尺是适合的，如果顶板条件优良还能够使用2.4米的掘进进尺。按照三掘一检修的制度，每个掘进班三个循环，平均每日能够达到14.4-21.6米的进尺速度，这就大大的提高了掘进速度。
2.2 支护保障 在掘进的途中仅有锚杆的保护时，掘进头附近应力明显集中，顶底板围岩塑性区和拉伸破坏区发育范围较大，因为锚杆承受了大部分径向拉伸和剪切力，即便围岩并没有遭到高强度破坏，但是顶板的“弱化高度”已经明显加大，这对安全快速掘进是不利的。如果用锚杆和锚索配合支护，可以形成一个6-8米范围的耦合承载区，所以就能相应的减低应力的集中程度。再让锚索对顶板进行深部锚固，在锚固的同时和锚杆共同形成组合拱承载结构，并在此基础之上增加锚杆和锚索的数量，共同工作共同作用对顶板产生连续支撑点，减缓其下沉速度。底角锚杆主要作用就是为了降低巷道底板塑性区发育范围，使底板鼓起的数量大大减低，从而达到煤巷快速安全掘进的最终目的。
3 大断面煤巷快速掘进配套设备
3.1 新型锚杆钻机的开发 锚杆钻机可分为三类：第一类是手持式；第二类是移动式；第三类是机载钻机。在如今科技日新月异的时代，锚杆机也在迅速的发展，国外许多国家如法、德、英以及瑞典等国家在锚杆机技术上都已经达到一个较高的水平。
而国内大部分的矿井使用的还是单体锚杆钻机，平煤股份四矿之前使用的是CHDDR型顶板锚杆机。这种顶板锚杆机有几大缺陷，首先它的机体过长，其次就是调机速度比较缓慢，最严重的就是适应性差，无法在顶板条件不够好的情况下完好适应。这就给煤矿的开采造成了极大的不便，不仅增加了不少工人的劳动量，而且支护速度也大大减缓，甚至可能造成极大的安全问题。这种锚杆机已经不适应平煤股份四矿在如此复杂的地质条件下的采矿工作。
介于诸多因素，平煤股份四矿迅速召集了一批科研力量，自制成功新型锚杆机。这种新型锚杆机，不仅可以完全克服CHDDR型锚杆机所存在的各种问题，而且还解决了国内锚杆机所存在的效率低、易损坏、灵活度不够等问题。这种新型锚杆机安全、便捷、灵活、生产效率高、功能多、具有良好适应性且可靠度也是非常的高。新型锚杆机的使用在运行期间省时省力，能够有效防止潜在危险的发生，而且它的机型体积比较小，操作起来相对灵活。
3.2 快速掘进的配套设备 因为当地的地质条件复杂，断面大，所以在掘进机的选择上要求较高。平煤股份四矿选择了使用新型锚杆机和掘进机S200MJ配套的方式。新型锚杆机进行快速安全支护，而掘进机进行快速掘进，两者相结合有效的提高了掘进的效率和速度。
掘进之后的运输工作也是相当重要的，通畅的运输才能保证工作效率的提高。平煤股份四矿在运输之上则是选择采用一种多功能的运输机SDP-650，这种运输机上可运输煤炭，下面还能运送一些材料或者废弃物品，从而节约了运输时间加快了掘进速度。
4 优化支护参数，改进施工工艺
支护速度的快慢和施工工艺的科学性，两者都影响着掘进速度的快慢。首先是对锚杆支护参数的优化。在保障安全的前提下，平煤股份四矿决定增强顶板和两帮的加固强度，这样做不仅整体增强了支护力度，而且提高了掘进的安全系数。
其次是改进施工工艺。平煤股份四矿使用的是双巷掘进方案，即综掘机和锚杆机交叉作业，一个掘进割煤，一个进行巷道支护，双方都完成以后再互相交换巷道工作。
“掘-支-运”三方面的互相合作以及优化配置。在掘进的过程中，让掘进、支护、运输平行作业，互不干扰。采用新型锚杆机打孔和安装锚杆，简化了老式的锚杆安装模式，加快了速度。同时锚杆支护和掘进机可以进行交叉作业，双巷掘进。一改以前单巷开采时两者只能一个工作另外一个闲置的不合理配置，节约了时间加快了速度，自然提高了掘进速度。在进行实际的工作安排的时候，可以提前有个计划，比如在铺设轨道、交接班、通风等工序在进行的时候，可以协调各部门和工作人员，在保证工作质量的前提下可以组合完成以节约不必要的等待时间。
5 结论
平煤股份四矿在对煤巷的快速掘进的研究过程中，克服了复杂的地质和大断面等自然因素的影响，同时在技术上进行积极的改进和创新，优化了施工工艺，并且取得了巨大的成就。比如换掉了老式的锚杆机而研发出新型锚杆机，从而加快了锚杆支护的速度，增强了安全性。如果支护工作没有做好，那么存在的不稳定因素极有可能会影响到掘进工作的进行，如果有工作失误存在，可能对于生命和经济上都将造成一个无法挽回的损失。所以平煤股份四矿首先选择在支护上创新和改进，将安全问题放在了第一位。
平煤股份四矿在资源和人员管理上进行了优化配置。在先进的支护条件之下，对资源的充分利用和对人员的合理安排，这些不仅是从根本上提高了效率，而且同时也减少了工作人员的劳动量。
平煤股份四矿在实际工作中不断的进行自我提高，并取得了巨大的进步。他们充分利用本身的科研力量，不仅提高了效率，还大大减低了购买高额进口设备的投资。这是一个长足的进步，这不仅是平煤股份四矿的进步，也是整个煤矿行业的进步。平煤股份四矿的成功经验，为以后在复杂地质条件下大断面煤巷快速掘进提供了实体参考，同时也为整个煤矿行业不再完全依靠进口设备提供了一个好的榜样。
参考文献：
[1]杜启军，赵启峰，杨壮，郭敬中.复杂地质条件下大断面煤巷快速掘进研究与实践[J].煤炭工程，2013.
[2]魏敬喜.大断面复合顶板煤巷快速掘进技术研究[D].安徽理工大学，2011.
[3]闫振东.大断面煤巷支护技术试验研究及新型锚杆机研发应用[D].中国矿业大学（北京），2010.
[4]杨壮.大断面煤巷综掘锚杆支护快速掘进关键技术研究[D].安徽理工大学，2008.
[5]马利.岩巷机械化快速掘进技术及其在邢台矿区的应用研究[D].中国矿业大学（北京），2012.