摘要：以山西某煤矿斜巷进行研究，优化快速掘进工艺、永久支护工艺和采用斜巷联络方式，解决斜巷大断面施工效率低、交替运输困难、顶板和巷道板易变形等问题，结果表明：采用斜巷联络方式和永久支护优化工艺，斜巷掘进进尺月均提升25%，支护顶板变形程度低于65 mm，加快掘进速度的同时有效降低掘进成本，保障煤矿巷道掘进安全。
关键词：斜巷,斜巷联络,支护,大断面
0引言
近年来，能源的需求持续增加以及能源的供给，已经成为国家经济快速发展的制约因素，为满足能源需求，对于年产千万吨级别的矿井不断改进掘进工艺，提高掘进速度和产量，可以保证矿井的更高产、更高效。本文主要对山西某煤矿斜巷的掘进工艺进行研究，优化掘进施工工艺，针对斜巷掘进断面较大的情况，加强支护强度和锚喷工艺等，从而提高掘进速度。
1工程概况
该煤矿巷道施工正进入掘进斜巷阶段，由于原施工方案采用传统施工工艺，掘进效率低，掘进工作开展较慢，严重影响煤矿的开采效率。大断面斜巷深度在矿井中深度达到（600~900 m），斜巷的开拓方式采用多煤层开拓方式，开采中通风采用分区混合方式，斜巷施工工期周期较长[1]，占整个矿井施工工期的1/3。从斜巷的巷口表土段施工开始，斜巷的倾斜角为190。35′，整体坡度为-4。，斜巷施工深度为1 000 m，掘进断面积24.9 m2。在巷道掘进过程中，针对大断面的岩层需要采用合适的支护方案，达到安全防护的同时，保证斜巷掘进效率，斜巷支护方案设计如下：顶部锚杆采用四根Φ18 mm长度为2 000 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，要求顶部锚杆力矩≥120 Nm，间隔1.5 m宽度，使用木板梁接顶，锚杆固定金属网，使用混凝土喷射加入钢筋拱架进行永久支护。顶锚杆距离巷道两边距离要求均匀分布，不能超过300 mm，混凝土厚度120 mm。
2影响掘进进度因素
2.1地质条件
煤层地质结构，如图1所示。地质条件参差不齐，山西煤矿大部分地质条件复杂，岩层煤层错综复杂、缝隙中地下水多、破碎地带偏多、碎石破碎偏多、围岩部分淋水面较多等状况，使用各种泵无法排尽积水，导致前期打炮眼和爆破受到影响，难度增加的同时耗费的人力和物力以及开采周期都大大增加，安全系数降低。
2.2斜巷巷道复杂
巷道错综复杂，尤其遇到斜巷时，围岩断面较大倾斜角度增加，导致施工难度增加，运输距离增长，效率降低，掘进的同时要保证矸石的及时运出[1]，斜巷的运输和转运交替进行，在整个掘进工程中最繁重和周期长，占掘进周期的30％～45％，掘进工序需要循环进行使用多个运输带进行运输，运输时长约为15～25 min，单次运输量较小，掘进环节工序较多危险度增加。掘进中挪动耙装机由于每次移动距离有限，需要频繁挪动，采用地锚、人自梁等方式固定，程序较为繁琐，容易出现安全问题，尤其面对斜巷倾角大的情况。
2.3质量不可靠
掘进工艺采用临时支护方式，支护时搭建临时锚杆，巷道高度高低不齐许多地方低于锚杆长度，增加施工难度，导致锚杆分布不均匀，降低了锚杆的牢固性。锚杆固定挂护表网，无法保证每排锚杆都在网的压茬处，支护协调性交叉，由于斜巷的倾角大，掘进速度慢等因素，导致巷道顶部空时长增加，支护不及时容易造成上方坍塌等危险[2]，所以掘进施工前期需要针对不同的巷道和岩层，选择合适的掘进工艺，完善工艺流程。
3掘进工艺优化
3.1掘进工艺
表土段采用明槽方式，辅助工具直接挖土方，将挖出的土方进行排运，加快掘进速度，人工修整巷道口，每隔5 m的距离绑扎螺纹钢筋，直径要求14 mm，分段进行浇筑，使用混凝土浇筑从模板上方浇筑，施工墙采用钢模版，同样使用混凝土浇筑，完成浇筑后做好防水处理，回填土后夯实土层，巷道施工前期准备完成。进行斜巷道掘进时，采用全断面一次开挖的工艺，斜巷的倾角超过40。，进行单侧导坑的方式施工，采用交替开挖的方式进行行，每掘进完成5 m，进行临时支护，完成支护后进行后续开挖，横向来回切割方式，先切割断面的上部分，再切割下半部分，保证截割的高度，进行永久支护[3]。
3.2斜巷联络掘进
平巷掘进方式，每间隔10个联络巷，保留一个直联络巷，并在联络巷的巷口做四个抹角，抹角半径要求2.5 m×2.5 m，便于浇筑混凝土。但直联络巷距离从15 m左右，减去抹角的长度，整体距离低于8.5 m，存在较大隐患和增加调度时间。经过长期实践对比发现，尤其在斜巷时采用斜联络运输方式，斜巷连接设计，巷距增加到了17 m，加长了巷道联络长度，往返运输掉头时，避免风门同时打开，造成风流短路，减少了抹角支护成本和施工时长，加快掘进速度。掘进工艺流程，如图2所示。
3.3优化支护工艺
斜巷掘进过程中，采用临时支护方式，掘进每前进5~8 m的深度，掘进后退进行临时支护，每掘进两排锚杆约2.4 m时，进行永久支护，锚杆间距＞1.2 m，锚杆长度计算公式（1）为：
L≥KH+L1+L2.（1）
式中：L为锚杆长度，m；H为冒落拱高度，m；安全系数K，一般取1.9；L1为锚杆在岩层中的深度，经验值取0.3 m；L2为锚杆露在岩层外长度，不能超过0.04 m。可以计算出锚杆长度≥1.55m。
根据以上计算选取锚杆长度和固定深度为标准进行施工，掘进完成全断面后，进行永久性支护，围岩支护断面如图3所示。施工最后一段通过混凝土进行永久加固，采用锚喷工艺，初喷和复喷共两次，两次喷射的厚度要求为0.5 m，两次喷射均匀。
3.4施工安全措施
主要针对倾角大于45。支护进行限制，支护方式同竖井一致，当倾角小于45。时，采用平巷支护方式进行。两个支护都需要保证支架的稳定，混凝土喷射要求由上向下的原则。除掉一切活矸、松散零碎岩石，在打锚杆挂护网。出现巷道较为松软、容易掉落岩石等情况，可以结合锚杆和锚喷工艺进行混合支护。掘进和支护过程中，出现岩层渗水积水情况，尽快排水，或者利用注浆方式堵水。施工进度容易受到积水的影响[4]，当水量低于5~8 m3/h，采用排水方式，高于该值使用喷射泵排水。
4应用效果分析
巷道围岩掘进速度的提升是掘进工艺优化和控制效果的直观体现，在某斜巷和平巷采用上述工艺优化，严格按照工艺要求和标准以及安全要求进行掘进，支护参数根据不同的巷道岩层和断面倾斜角度等现场状况，进行计算和选型，后期掘进期间不断优化，掘进进尺从前期平均400 m/月，达到了平均500 m/月的进度，煤矿完成巷道掘进共耗时6个月左右，详细掘进进尺结果如表1所示：
掘进期间结合前期设计方案，监督各个工序并不断优化，把控施工安全，掘进效率提升约25%，解决了地质环境和掘进工艺的影响因素。掘进斜巷时监测支护锚杆和挂网工艺后，围岩和断面变形程度，巷道板变形量低于25 mm，顶板变形量低于65 mm，锚喷工艺两次喷射厚度均匀不超过0.5 m，文中采区的支护措施可以有效满足巷道围岩控制要求。
5结论
1）通过山西某煤矿斜巷道掘进工艺研究，优化掘进工艺，计算支护锚杆参数，进行斜巷快速永久支护，合理安排工时和监督施工安全，掘进速度提高25%。
2）未优化掘进工艺前期，掘进进度每月达到400 m/月，采用斜巷联络方式和优化支护工艺后，掘进进度达到500 m/月，缩短掘进工期的同时节省了人工成本约10 000元/d，支护费用和运输成本获得较大效益。
3）某斜巷采用主辅交替运输方式，最大断面顶距为15.4 m，掘进进度最大日进75m的新纪录，比支护优化和斜巷联络方式超额15%完成任务，比原计划提前7 d。
参考文献
[1]孙立虎，王敏，于冰冰等.大倾角倒梯形煤巷新型配套快速掘进技术研究[J].煤炭工程，2023，55（11）：49-55.
[2]郭宣辰.煤矿巷道快速掘进工艺优化应用[J].矿业装备，2023，（11）：13-15.
[3]吴显.探析煤矿开采技术与掘进支护技术[J].内蒙古煤炭经济，2023（17）：25-27.
[4]王龙，郭浩天，马滈桉.快速掘进工艺下深部巷道合理空顶距研究[J].煤炭技术，2023，42（9）：74-80.
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