本文是一篇工程硕士论文，本文以顺和煤矿2402胶带顺槽底抽巷为工程背景，在实验室煤岩力学测试、数值模拟、现场围岩变形监测的基础上结合地质条件及掘进设备进尺、工效和延米费用对比分析，确定了以EBZ-318（H）型悬臂式掘进机为主的岩巷综掘设备工艺，优化了掘进效率方案及支护方案。
1绪论
1.1研究背景与意义
我国地下煤炭资源储存丰富，煤炭开采居世界前列，且在我国一次能源结构中占有主要地位，在实现碳中和、碳达峰过程中，能源消耗以煤为主，油气并辅的格局不会改变[1-5]。因煤炭地质条件的复杂性，我国多数矿井以井工开采为主，其中井下巷道是矿井开采的首要基础，巷道的正常掘进和使用，是保证矿井生产的前提，关系到矿井的采掘接替。
煤矿安全高效开采的前提是保证矿井采掘接替正常，随着我国几十年的煤矿开采，许多矿井已经处于老龄化阶段，且大多数矿井采区已经回采完毕，剩余采区地质条件越来越复杂，现有相当数量的矿井已经开始面临采掘接替紧张的风险，受矿井采区布置不合理、水文瓦斯地质条件复杂和巷道掘进速率低等因素影响，采掘接替失调现象持续发生，特别针对于煤与瓦斯突出矿井而言，专用回风巷和底抽巷的掘进使得岩巷工程量增加，成为制约矿井发展的关键瓶颈[6-10]。
具体到单一煤矿而言，顺和煤矿影响矿井整体效率、造成采掘接替紧张或失调的主要原因是矿井的岩巷掘进水平较低，矿井于2016年变为煤与瓦斯突出矿井，需另施工专用回风巷和底抽巷，增加了大量的岩巷工程，扰乱了矿井正常的开拓生产布局及采掘生产接替计划，且矿井瓦斯地质条件相对复杂，施工底抽巷后，还采取穿层或定向钻孔，进行预抽煤层瓦斯，对瓦斯进行周期性治理，直接影响煤巷掘进作业，制约着矿井的接替布局。因此为确保矿井正常的采掘接替，选择合理的岩巷施工工艺、设备，以提高岩巷作业的掘进速度，进而提高岩巷掘进效率。
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1.2国内外研究现状
1.2.1岩巷高效掘进技术研究现状
岩巷掘进中，现阶段主要采用钻眼爆破施工工艺和综掘施工工艺两种，传统钻眼爆破以钻眼、装药、放炮为主，循环进尺小，一般施工速度慢，综掘工艺是使用综掘设备进行截割岩石，后续配备运输设备出矸，机械化程度高，可进行连续作业，并逐渐向智能化方向发展，工序简单，施工速度较快，是岩巷掘进设备使用的一种发展趋势[11-13]。
在国外，岩巷掘进以使用综掘设备为主，且掘进机设备研发使用相较于国内发展起步较早[14-17]。美国工程师Charles Wislson1在研究掘进岩石巷道时，于1985年创造性的发明了岩石巷道掘进机，开创了连续掘进岩石机械设备的先河。1989年，Robbins针对加拿大多伦多市的Hulllber工程成功制造出了新型的隧道掘进机机械设备，该设备实现连续进行截割、支护、运输作业，可截割岩石硬度超过8、抗压强度超过80MPa的岩石。Chuquicamata矿山开发出了一种新型采矿巷道掘进设备(TBM)，加速了全断面掘进机的发展，随着全球对矿物资源的需求量的增加，采矿作业的深度亦越来越深，对地下采矿设备也将提出越来越多的需求，国外对掘进设备的研发将持续进行[18-20]。
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2矿井与地质生产概况
2.1矿井巷道地质条件
顺和煤矿为煤与瓦斯突出矿井，巷道掘进时需施工底抽巷进行抽放瓦斯，其中2402胶带顺槽底抽巷位于24采区2402工作面，为主要研究对象。巷道北接2402胶带顺槽底抽巷联巷及2402胶带顺槽底抽巷回风联巷，南接2402切眼底抽巷，东为2402工作面实体煤，西为DF4断层（落差0～25m）保护煤柱。顺槽底抽巷设计长度1058m，主要用于2402胶带顺槽和2402工作面的瓦斯治理，同时兼做2402工作面底板承压水害治理、采煤工作面“Y”型通风等任务。2402胶带顺槽底抽巷平面布置如图2-1所示。
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2.2巷道煤岩体力学实验测试
顺和煤矿开采深度达到700m，为深井高应力煤矿，为保证矿井安全高效开采，对2402胶带顺槽底抽巷进行钻孔取样力学测试，以探究深部矿井巷道围岩稳定性情况，并进行数据分析以掌握2402胶带顺槽底抽巷围岩力学性质及为后续章节支护参数数值模拟提供参数支持。
2.2.1煤岩样的选取与测试
本次实验主要在2402胶带顺槽底抽巷进行取样处理，对巷道底板、帮部、顶板及煤样先通过钻孔进行取样，取芯后立即进行保鲜膜封存，防止吸水氧化风化，然后对样品进行加工处理，如图2-3所示。后续通过SANS万能材料试验机按照操作规程进行抗压、抗拉、抗剪实验，进行数据收集和分析。
2402胶带顺槽底抽巷煤岩样和顶底板物理力学参数结果汇总见表2-4。由表可知巷道顶板多为砂岩，属稳定岩层；底板为砂质泥岩，抗压强度为21.86MPa，底板岩性较弱，在巷道掘进及后续工作面回采过程中可能发生底鼓现象，故在巷道掘进及回采过程中应加强巷道矿压观测。
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3 岩巷快速掘进设备选型及工艺选择 .............................. 15
3.1 掘进设备选型设计 ............................. 15
3.2 巷道断面优化 ................................. 21
3.3 巷道掘进工艺流程设计.......................... 24
4 岩巷掘进工艺及支护方案优化设计 ................... 29
4.1 巷道掘进工艺优化 ................................. 29
4.2 巷道支护方案设计优化..................................... 35
4.3 巷道掘进工艺优化效果............................... 43
5 矸石贮运系统改造研究 .............................. 45
5.1 矿井矸石运输现状 ..................................... 45
5.2 矸石贮运系统改造 ................................ 48
5.3 矿井矸石贮运系统关键制约因素分析 ........................................ 54
5矸石贮运系统改造研究
5.1矿井矸石运输现状
开展矿井矸石运输系统改造，需要分析矿井现有矸石运输系统运行现状和设备运输（提升）能力，理清矸石产量增加后可能发生运输梗阻的环节，以便结合实际情况，提出行之有效的改造方案，实现运矸系统的优化升级。
5.1.1矿井原运矸系统及方式
矿井运矸系统通常可分为岩巷工作面区段运输系统和集中辅助运输系统两部分。顺和煤矿岩巷作业面后巷运矸多采用耙装机等将工作面生产矸石装载至矿车内，经由电机车或绞车转运至轨道运输巷内，从而完成了区段运输系统向集中辅运系统的过渡。进入集中辅运系统后，仍以电机车+矿车方式将矸石运至井底车场，通过副井提升设备运至地面进入井上排矸环节。西翼24采区2402胶带顺槽底抽巷在采用炮掘工艺施工期间，其具体运矸路线为：2402胶带顺槽底抽巷掘进工作面→2402胶带顺槽底抽巷联巷→-702m水平西翼胶带运输巷→西翼第二联络巷→-702m水平西翼轨道运输巷→井底车场→副井提运至地面，其中自工作面至西翼第二联络巷路段为区段运矸系统路线，此后运输路段为集中辅运系统路线。
工程硕士论文参考
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6结论
本文以顺和煤矿2402胶带顺槽底抽巷为工程背景，在实验室煤岩力学测试、数值模拟、现场围岩变形监测的基础上结合地质条件及掘进设备进尺、工效和延米费用对比分析，确定了以EBZ-318（H）型悬臂式掘进机为主的岩巷综掘设备工艺，优化了掘进效率方案及支护方案，构建了“工作面掘进机+工作面带式输送机+联巷转载机（或分布式缓冲矸石仓）+集中胶带机输送机+集中矸石仓”高效出矸模式，实现了矿井矸石运输系统高效化，取得如下结论：
（1）通过岩巷钻爆法施工工艺、岩巷作业线及掘进机掘进的月进尺、工效和消耗费用等对比，为实现岩巷安全高效掘进，结合矿井设计最终选择EBZ-318（H）型悬臂式掘进机作为2402胶带顺槽底抽巷掘进设备。并提出了巷道掘进工艺效率优化方案和巷道支护工艺方案，通过分析掘进层位岩石硬度和至煤层距离确定了距离煤层下方15~20m范围内以砂质泥岩、细砂岩为主的合理掘进层位，并对掘进机截齿选择进行了优化。
（2）依据EBZ-318（H）型悬臂式掘进机掘进要求，进行了2402胶带顺槽底抽巷断面调整、支护方式设计和施工工艺选择，提出了巷道掘进工艺效率优化方案，针对作业人员素质能力、单一工序、劳动工序和施工组织分别进行了优化改进，通过使用新截齿、机载临时支护、自移式机尾和KCG-系列干式除尘器配合局部通风机形成的“长压短抽”法除尘系统对巷道掘进工艺进行系统优化，有效提高了巷道掘进速度。
（3）“梯度优化”了巷道支护方案，一阶段采用Φ20×2000mm型左旋螺纹钢高强锚杆，间排距800×800mm，Φ21.6×7300mm型锚索，间排距为1500×2400mm；二阶段选用Φ21.6×5300mm型锚索，间排距为1500×2400mm；三阶段选用Ф21.6×5300mm型锚索钢绞线施工，点锚索支护顶板且布置方式由“三三三”布置调整为“一二一二”，巷道支护方案优化后掘进平均提高1.4m/天。
参考文献（略）