淺談斜溝井田煤巷快速掘進技術研究

李亞軍，郭俊生

(山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦，山西 興縣 033602)

山西西山晉興公司斜溝煤礦作為“十一五”國家重點建設的千萬噸級大型煤礦，礦井地質構造簡單，煤層厚且穩定，適合布置高產高效長走向工作面。礦井18503掘進工作面設計走向長度都在7 000 m以上。長走向工作面在掘進期間，隨著兩順槽向前延伸，會遇到諸多問題，為此研究設計了中切割，將長走向巷道分段連接，解決了長走向掘進中供電、通風、運輸等問題。使用大功率掘進機落煤，科學施工，利用錨桿、錨索、錨網、鋼帶聯合支護大斷面、復合頂板巷道，實現了巷道的快速掘進。

1 18503工作面簡介

18503面是礦井15采區首采工作面，單斜構造，走向近南北，傾向西，傾角 7°～11°，平均 9°，煤厚2．50 ～5．37 m，平均3．76 m。煤層賦存穩定，結構復雜，含1～3層夾矸，煤層普氏硬度f=2～3。直接頂板為泥巖或砂巖煤線互層，厚0～3．6 m;老頂中粗粒砂巖，厚8．0 ～17．8 m;直接底板為泥巖，厚 0 ～3．2 m;老底中粗粒砂巖，厚1．05 ～24．36 m。

2 長走向巷道快速掘進技術研究

2．1 方案設計

為解決長走向掘進期間供電、通風、運輸等問題，研究設計了中切割分段連接兩順槽，中切割綜合利用示意圖見圖1。根據通風、供電距離的要求，該面每隔1 500 m施工一中切割，共施工5個中切割，除一中切割長300 m、方位角90°外，其余4個中切割長均為 346．4 m、方位角 60°，中切割總工程量為1 685．6 m。

圖1 18503工作面中切割綜合利用示意圖

中切割的綜合利用：

1)供電系統，每次中切割貫通后，在中切割與材料順槽交叉口施工1個移變硐室，工作面供電系統由移變硐室KBSGZY－1250kVA、KBSGZY－630kVA移變供電。減少施工皮帶順槽移變硐室5個，減少搬運移變5次。

2)供風系統，當中切割貫通，材料順槽、中切割、皮帶順槽構成全負壓通風系統，4臺FBD－2－NO6．3對旋式局部通風機移到材料順槽內距離中切割口20 m以外進風風流中，分別供兩順槽通風，解決了長走向巷道通風問題。

3)運輸系統，將材料順槽的掘進煤經中切割轉載到皮帶順槽一起外運，節省了材料順槽5部“加強150型”膠帶輸送機。

2．2 方案實施

2．2．1 長走向巷道千伏供電措施

兩順槽設計長度都在7 000 m以上，隨著供電距離的增加，壓降也在增大，供電2 000 m以上，就不能保證掘進機電氣系統的穩定性。為解決這一問題，在該面中切割與材料順槽交叉口施工5個移變硐室，每次中切割貫通前，都由前1個移變硐室的KBSGZY－1250kVA、KBSGZY－630kVA移變供電。KBSGZY－1250kVA移變專供兩順槽掘進工作面EBZ－230型硬巖掘進機和“加強150型”膠帶輸送機用電;KBSGZY－630kVA移變專供兩順槽掘進工作面除塵風機、潛污水泵用電。

為了滿足皮帶順槽多部膠帶輸送機和兩順槽潛污水泵的用電需求，在二中切割移變硐室新引進1臺KBSGZY－1250kVA、KBSGZY－630kVA移變，分別供中切割貫通以外膠帶輸送機和潛污水泵用電。

局部通風機初期置于18503輔助斜巷，供電電源引自中央變電所風機專變;后期置于新形成的中切割與材料順槽交匯處，在第四中切割口設風機專變。

2．2．2 長走向巷道通風技術研究與應用

該面通風系統為材料順槽進風，皮帶順槽回風。采用2 kW×18．5 kW的FBD－2－NO6．3對旋式局部通風機供風。雙風機雙電源自動切換，每臺局扇均采用雙開關進行控制。通風距離800 m以下時采用單電機供風，800 m以上時采用雙電機供風。風筒選用d800 mm的阻燃風筒。試驗研究結果表明，通風距離在2 500 m時風筒出風口風量仍在270 m3/min以上，滿足煤巷掘進最低風速≥0．25 m/s的要求，效果顯著，適合在長距離、大斷面掘進巷道中推廣使用。

局部通風機的安裝位置：前期局部通風機及其開關安裝在15采區材料下山及18503輔助斜巷進風巷內;當中切割貫通，皮帶順槽、中切割、材料順槽構成全負壓通風系統，局部通風機移到材料順槽內距離中切割口20 m以外進風風流中。局部通風機吊在距頂0．5 m的巷道中，以保證井下車輛的通行。

2．2．3 “加強150型”皮帶在長走向巷道中的應用

斜溝煤礦原SJ－80型皮帶已不能滿足大功率掘進設備的運輸要求，為此使用150型皮帶作為掘進運輸設備。傳統的150型皮帶最大服務距離約為1 000 m，1條巷道將用7部皮帶才能滿足運輸要求，造成皮帶司機多，皮帶頭尾多，皮帶維護困難，安全事故多等情況。為此與皮帶廠家合作研發設計了服務長度達1 500 m的“加強150型”皮帶。將原150型皮帶機2臺75 kW電機更換為2臺250 kW電機，使傳統的皮帶運輸距離由1 000 m提高到1 500 m。使用軟啟動技術，大大降低膠帶輸送機在啟動時的波動現象，提高了膠帶輸送機的穩定性，減少了皮帶服務人員，提高了開機率，大大提高了設備運輸能力。實現了安全生產，經濟、社會效益顯著。

3 大斷面、復合頂板巷道支護技術研究

該面掘進巷道采用錨桿、錨索、金屬網聯合支護，遇到復合頂板時增加鋼帶支護。錨桿支護具有主動及時支護的優點。這種支護方式在提高巷道支護效果，保證巷道安全，減輕工人勞動強度，簡化采煤工作面端頭區維護工藝等方面具有明顯的優越性［1］，有利于采煤工作面的快速推進，實現礦井的高產高效。

3．1 巷道支護形式

利用計算機模擬優化了支護參數：巷道頂板錨桿采用6根矩形布置，間距0．95 m，排距1．1 m;錨索采用2根花形布置，間距0．95 m，排距4．4 m;中切割巷頂錨桿采用5根矩形布置，間距0．85 m，排距1．1 m;錨索采用2根距形布置，間距1．7 m，排距2．2 m;切割頂錨桿采用9根矩形布置，間距0．9 m，排距1．0 m，幫錨桿采用2根矩形布置，間距1．5 m，排距1．2 m;錨索采用3根矩形布置，錨索間距1．8 m，排距2．0 m。巷道幫錨桿采用2根矩形布置，間距1．5 m、排距1．5 m，最上一排距頂板0．3 m，上一排掛金屬網，木托板橫放，下排豎放。在巷道支護中，巷道中間的錨桿、錨索要垂直于煤層的頂板;兩角的頂錨桿要向兩幫傾斜和頂板的夾角為70°。巷道支護圖見圖2，圖3。頂錨桿的緊固力≥140 N·m，錨固力≥90 kN;幫錨桿的緊固力大于≥100 N·m，錨固力≥50 kN;錨索的預緊力≥120 kN，錨固力≥200 kN。

3．2 巷道支護參數

頂錨桿，采用d18 mm×1 800 mm螺紋鋼樹脂錨桿，每個錨桿配2支K2355樹脂錨固劑，1塊100 mm×100 mm×8 mm托片(巷道兩角為100 mm×100 mm×10 mm斜托片)。

幫錨桿，采用d16 mm×1 600 mm的塑料脹套式錨桿，每個錨桿配1塊600 mm×180 mm×70 mm木托片和1塊d100 mm圓形鑄鐵片。

錨索，采用d17．8 mm×5 500 mm(切割中間的錨索采用d17．8 mm×9 000 mm、切割兩側采用d17．8 mm×7 500 mm、巷道交叉口采用d17．8 mm×7 500 mm)的鋼絞線，配1塊200 mm×200 mm×16 mm的鋼板托片，3個K2355樹脂錨固劑。

金屬網，采用絲徑3．0 mm菱形金屬網，網孔50 mm×50 mm，工作面皮帶順槽、材料順槽金屬網規格為6 000 mm×1 100 mm;中切割金屬網規格為3 800 mm×1 100 mm;切割金屬網規格為4 000 mm×1 000 mm、3 500 mm×1 000 mm。金屬網之間采用對接方式連接，連網距100～150 mm。

4 巷道的掘進工藝

施工方法：材料順槽、皮帶順槽、中切割均采用機掘一次成巷的施工方法;切割分兩次成巷，先施工落山側4．0 m，然后再施工工作面側3．5 m。掘進工作面采用EBZ230型硬巖掘進機截割、裝煤;配備“加強150型”膠帶輸送機進行運輸;錨桿鉆機進行支護;連續性掘進作業，全斷面采用一掘一支的作業方式。

生產工藝流程：安全檢查及開機前準備→割煤→永久支護→延接膠帶輸送機→下一循環。

掘進機截割工藝流程：從煤層中下部進刀，根據巷道中線及設計斷面截割成巷。正常情況時掘進機每截割2．2 m進行一次永久支護;遇地質構造、集中應力區、冒落帶、頂板破碎等情況時，掘進機每截割1．1 m工作面進行一次永久支護;每6．6 m延接一次膠帶輸送機。

5 結束語

1)長走向掘進工作面利用中切割技術不僅解決了諸多難題，而且還利用中切割進行了多項工作：a)能及時將材料順槽底板分段硬化，滿足無軌膠輪車運輸為下一步工作面安裝爭取了時間。b)及時對貫通的兩順槽進行聯測，保證了測量精度。c)為皮帶順槽掘進以及工作面回采時行人安全出口及檢修材料設備運輸提供了便利。中切割在長走向掘進工作面中的應用，其經濟和社會效益非常明顯，值得借鑒。

2)錨桿、錨索、金屬網聯合支護在斜溝煤礦的應用，解決了大斷面、復合頂板支護難題，經濟效益顯著。

3)長走向掘進采用大功率EBZ230型硬巖掘進機，單進達到760 m/月左右，掘進工效0．72 m/工，掘進工效提高了30%，回采率提高0．3%。大斷面、復合頂板巷道選擇大功率掘進機縮短了割煤時間;解決了復合頂板離層、破碎，錨桿失效，頂板冒落［2］和回采過程中機頭機尾底板處丟“三角煤”，甚至需要放炮破底的問題。

4)進一步掌握礦區復合頂板變化和巷道支護規律，為煤巷快速掘進技術提供了寶貴經驗，推廣應用前景廣闊。

［1］ 裴守輝．錢家營礦回風下山煤巷錨網噴支護實踐［J］．煤炭科學技術，2009，37(1)：56－58．

［2］ 鄧維元．錨網支護技術在大斷面巷道施工中的應用［J］．山西焦煤科技，2010(9)：27－31．