大斷面半煤巖巷快速掘進施工技術研究

楊仁樹，王 旭

(中國礦業(yè)大學(北京)力學與建筑工程學院，北京 100083)

煤巷掘進涉及工序較多，技術復雜，而且受地質條件和水文條件的影響較大。因此，在防止發(fā)生掘進安全事故的前提下，提高煤炭企業(yè)巷道掘進速度，對保證我國經濟增長對煤炭資源的需求具有重要的意義。本文通過采用液壓支護鉆車，優(yōu)化勞動組織，改進工藝流程等施工技術的實現，在改善作業(yè)環(huán)境和降低勞動強度的同時，實現大斷面半煤巖巷安全和快速地掘進，以推動煤炭企業(yè)巷道掘進現代化、機械化和高效化的發(fā)展。

1 工作面概況

快速掘進項目選取在一采區(qū)1204巷工作面。該工作面東臨集中軌道巷，南臨已停采密閉的1202工作面，西臨西一采區(qū)的采區(qū)邊界，北為已停采密閉的1206工作面。該工作面煤層屬于二迭系下統(tǒng)山西組2#煤層，平均厚度為2.5m，該煤呈塊狀，半亮形煤，穩(wěn)定可采。具體結構為：0.86(0.59)、0.13(0.12)、0.9，中間夾二層矸石，傾角為0°～10°。

煤層老頂為致密堅硬，不易跨落的砂巖，厚度為6.11m，直接頂為易跨落的沙質頁巖，厚度為1.6m，直接底為砂巖，呈透鏡狀水平層理，具有裂隙，厚度為2.4m，老底為細粒砂巖，致密堅硬，厚度為2.42m。

1204工作面涌水量不大，充水因素主要是K8砂巖，但其富水性不均勻，補給條件差，所以對生產不會造成威脅。

為了方便利用液壓鉆車進行支護，需要對1204巷道斷面進行優(yōu)化，優(yōu)化前后的1204巷道參數對比如表1所示。

表1 1204巷斷面優(yōu)化前后參數對比表

2 施工技術準備

2.1 巷道支護方式

巷道支護方式為錨-網-索聯合支護。目前具體支護方案為：頂板鋪上1000mm×4400mm的16#鉛絲，第一排支護和第二排支護采用5根φ20mm×2400mm的螺紋鋼錨桿和1根φ17.8mm×6500mm的鋼絞線錨索，錨索呈邁步式布置。所有頂錨桿和頂錨索全部配合使用規(guī)格為300mm×300mm×12mm的鋼板支護。錨桿(索)間距為800mm，排距為1000mm。

幫錨桿左幫每排打四根規(guī)格為φ16mm×2000mm的A3圓鋼錨桿，配合400mm×280mm的W型鋼帶，W型鋼帶橫向布置，錨桿呈矩形垂直巷幫布置，其中上排錨桿距頂板200mm，錨桿間距900mm，排距1000mm。兩幫錨桿支護時與頂錨桿錯開0.5m。

2.2 施工設備

1204巷工作面使用EBZ-160型掘進機與DSP-1045/800型皮帶輸送機進行掘進工作，采用CMM2-15煤礦用液壓鉆車進行巷道支護工作。EBZ-160型掘進機截割振動小，過斷層能力強，穩(wěn)定性強。CMM2-15能夠實現巷道工作面支護的機械化作業(yè)，最大定位支護斷面可達36m2，適應巷道工作坡度為±15°，能夠在含有瓦斯等爆炸性混合氣體的礦井中使用，是大斷面巷道快速掘進首選的一種先進設備。

2.3 施工組織

施工組織采用三八制作業(yè)，其中早班8小時，4小時用于掘進支護，4小時安排大班維修組進行設備檢修和維護，中班和夜班8小時全部由于掘進和支護，只配備安排1名維修工和1名電工在掘進機掘進時對液壓鉆車進行檢修和維護，在打錨桿時對掘進機進行檢修和維護，以便及時排除設備故障隱患，節(jié)約支護時間，加快掘進速度。

3 快速掘進工藝流程

1204巷快速掘進工藝流程采用綜合機械化掘進和支護。截割機采用下部進刀，左右循環(huán)，由下向上截割順序截割。掘進司機進入工作面后，首先執(zhí)行敲幫問頂制度，檢查加固支護。沒有問題后，響鈴通知皮帶工，啟動皮帶輸送機。一切就緒后接通掘進機電源，啟動油泵，打開內外噴霧，擺動截割頭到巷道輪廓線右下角，啟動截割頭，開動行走部向前進刀，截深達規(guī)定深度后停止行走，截割頭向左擺動，平掃割煤至左幫輪廓線后沿輪廓線向上截割達到一定高度，向右平掃，繼續(xù)向上截割，左右平掃，直至割至頂板，最后挑頂、刷幫和清底，一個切割循環(huán)完成。截割完成后，還需要使用手鎬對巷道進行整形。

使用CMM2-15煤礦用液壓鉆車進行巷道支護的流程為：退出掘進機，進液壓鉆車，并調整至合適位置；用尺測量頂眼的距離，確定頂眼的位置；使用液壓鉆車的超前支護進行臨時支護；使用鉆車打設頂錨桿和錨索；鋪設金屬網；上鋼板并進行預緊；打設上部兩根幫錨并鋪金屬網；上鋼帶并進行預緊；完畢后調整液壓鉆車位置進行第二排支護。第二排支護首先進行臨時支護；使用鉆車依據第一排錨桿和錨索的位置打設第二排頂錨桿和錨索；鋪設第二排金屬網，并上鋼板進行預緊；打設上部兩根幫錨并鋪金屬網，并上鋼帶進行預緊，第二排支護完成。調整液壓鉆車位置進行第三排支護，首先進行臨時支護；使用鉆車依據第二排錨桿和錨索的位置打設第三排頂錨桿和錨索；同時配合使用風動錨頭補打第一排下部兩根幫錨桿；鋪設第三排金屬網，并上鋼板進行預緊；打設上部兩根幫錨并鋪金屬網，并上鋼帶進行預緊，第三排支護完成。退出液壓鉆車，進綜掘機開始下一循環(huán)。

4 支護速度主要影響因素分析

在現階段，通過現場的分析，還存在著許多影響快速掘進的因素，主要如下：

1)職工配合。工人已經能夠完全獨立操作鉆車，熟練程度也逐漸提高，但由于使用鉆車支護是一個各工種協作過程，需要鉆車操作工人、鉆桿拆裝工人和材料遞送工人密切配合。但是目前，各個工人的配合度還不夠，因此，建議工人之間多加強溝通，確定工序流程，明確各自的職能和分工，避免出現工序混亂的情況。還要要求各班實現掘進工作面交接班，如果支護沒有完成，上一班必須為下一班保留至少足夠支護一排的支護材料，以便交接班后下一班能夠立即開始進行工作，減少空頂時間，在保證安全的前提下為提高支護速度創(chuàng)造條件。另外，建議配齊工人支護工具，如扳手等，避免尋找工具浪費時間。

2)支護方式的改變。目前，為了方便使用液壓鉆車進行支護，1204巷的支護方式已經改變，不但原來的支護材料和支護工序發(fā)生了改變，而且還產生了一些新的支護工序，如需要用尺測量頂眼的距離，以確定頂眼的位置，這就不可避免地改變工人操作習慣，需要工人重新熟悉新工序和新材料，從而增加了支護時間。因此，在保證安全的前提下，需要優(yōu)化支護工序，確定安全和有效的支護方式以與液壓鉆車的使用方式相契合，最大限度地實現平行作業(yè)，縮短支護時間，以加快液壓鉆車的支護速度。

3)掘進施工隊伍素質的提高。在支護過程中，

由于新設備的應用和新工藝流程的設計，在施工現場很多工人會出現手忙腳亂的情況，嚴重影響支護速度。因此，應該定期對工人進行培訓，使其通過學習業(yè)務知識，掌握新的工藝流程和各工序對技術的要求，并定期進行技術練兵，給予優(yōu)勝者一定的精神和物質獎勵，以強化工人的技術水平。此外，為調動工人的積極性，應該建立有效的激勵機制，以鼓勵工人加強學習，提高技術水平，加快掘進和支護速度。

4)鉆車使用故障的排除。在使用過程中，鉆桿與鉆機連接處漏水嚴重，造成打頂眼時，水壓不足，影響鉆孔速度，并且常常鉆桿眼出現被堵塞的情況損壞鉆桿，從而延緩支護速度。雖然使用帶密封圈的鉆桿，但是密封圈磨損快，所以需要進一步解決鉆機漏水問題。此外，還存在鉆車一級油缸不能均勻給油，導致速度不好掌握，定眼位時不好控制等問題，也需要予以解決。

5)平行作業(yè)的細化。縮短支護時間，提高單進水平，要做到細化平行作業(yè)。如工作面掘出后，使用液壓鉆車打設頂錨桿和錨索和上部兩根幫錨，下部的兩根幫錨桿留給支護人員使用風動錨頭補打，這樣不僅實現了平行作業(yè)，縮短了巷道支護所用的時間，而且還可以防止上幫片幫。在地質條件較好的地區(qū)，在不影響迎頭安全的情況下，可以將打設頂錨索滯后到掘進機的后部實施，從而實行平行打設，加快支護速度。在掘進機掘進時，應該將支護所用的材料，搬運到支護地點附件。