連采機掘進系統過溝谷地沖刷帶安全施工技術研究

摘要：榆家梁煤礦52406、52407、52408掘進工作面在掘進過程中均揭露一溝谷地沖刷帶構造，該構造呈北西延伸，寬約25～40m，兩翼傾角5°左右，溝谷地煤層頂部沖刷帶巖性為灰白色中砂巖，鈣質膠結，厚度0.2～2.6m，煤層最薄約0.6m。由于溝谷地煤層起伏受力不均及沖刷帶巖石硬度高，掘進面出現煤層變薄、頂板破碎、煤層坡度突然變陡、頂板巖石局部硬度過高等諸多不利條件，這與連采機及其后配套掘進系統的適宜工作條件差別較大，造成掘進和支護困難，同時帶來較大的安全隱患。通過采取相關措施，上述掘進工作面均順利通過此構造，沒有出現人員傷害、設備損壞等情況。

關鍵詞：圍巖特征；巷道布置；掘進工作面；構造揭露；沖刷帶

中圖分類號：TD712 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）15-0074-04

1 工作面概況

1.1 工作面位置

52406、52407、52408掘進工作面位于榆家梁煤礦井田東南部52煤四盤區(qū)三條大巷的南側，東部和南部為井田邊界及小窯越界開采區(qū)，西部為正在回采的52405綜采工作面。

1.2 圍巖特征及煤層賦存情況

所掘巷道頂板北部屬老頂觸煤區(qū)，巖性以細及粉砂巖為主，屬較穩(wěn)定型（Ⅱ）。中南部為直接頂區(qū)，巖性以泥巖為主，塊狀，致密，厚度0～2.37m，屬不穩(wěn)定型（Ⅰ）。底板巖性為粉砂巖和細砂巖，塊狀，致密，厚度0.55～2.84m，遇水泥化，受回采塌陷地壓影響地段巷道底鼓嚴重。詳見表1：

掘進段煤層屬低變質煙煤，黑色塊狀，條痕褐黑色，瀝青或油脂光澤，線理細條帶狀結構，硬度大，賦存穩(wěn)定，煤厚2.80～4.20m，平均3.50m，傾角1°～2°，容重1.31t/m3。后生裂隙發(fā)育，燃點315℃，單向抗壓強度為273～569（kg/cm2），堅固系數5。

掘進段地層總的趨勢是以極緩的坡度向北西傾斜的單斜構造，傾角1°～2°，斷層不發(fā)育，后生裂隙發(fā)育；順槽上覆42213工作面采空塌陷區(qū)，層間距62～66m。

1.3 巷道布置

上述掘進工作面所有巷道均布置在52煤層中，所有巷道全部為矩形巷道。由于煤層較薄，所掘巷道均沿頂沿底掘進，巷道頂部均加掛冷拔絲網片（網孔為120mm）。

1.4 工作面設備配備

（1）掘進工作面巷道全部使用引進的連采機及其配套設備施工。

（2）選用美國JOY公司制造的12CM15-10B型連采機來完成割煤和裝煤工序，選用JOY公司制造的10SC32-48B-5型梭車來完成煤炭運輸，利用GP460/150型破碎機完成煤炭的轉載和破碎工作，破碎機運出的煤炭通過DSP1063/1000帶式輸送機運出工作面到膠帶機頭經主運輸系統運出地面進入原煤倉。

（3）選用太原煤科院生產制造的CNMM25-4型錨桿機完成巷道支護工作。

（4）選用UN-488型鏟車和防爆裝載機來完成材料、設備的運送和搬移，以及巷道浮煤的清理等工作。

（5）選用無軌膠輪車完成人員、物料、設備等的輔助運輸。

工作面設備配備及主要技術特征見表3至表8；工作面設備布置見圖2。

2 構造揭露情況

2.1 正常生產時的情況

工作面正常掘進段煤層厚度3.1m左右，巷道沿頂沿底掘進，頂板穩(wěn)定，底板較為堅硬，且煤層起伏較緩，掘進地質條件優(yōu)越。正常生產條件下每天可掘進6個循環(huán)（循環(huán)進度10m）。

2.2 構造揭露情況

在掘至構造前15m左右時，頂板出現破碎的狀況，破碎段掘進約15m后，煤層坡度突然變陡（下坡），且煤層厚度變薄；又向前掘進10m左右時，煤層厚度降至2.5m左右。過構造帶時巷道均沿煤層底板掘進，揭露的構造煤層厚度最薄處僅為0.6m左右。

2.3 特殊掘進工藝

由于連采工作面均采取雙巷掘進的方式，若雙巷均直接正掘通過構造，連采機在爬坡階段的安全風險會增大。為了降低風險，同時保證施工質量，在單巷通過構造并掘進至煤層水平地段時，可在該巷道適當位置開聯巷，通過該聯巷反掘另一巷道，將其由上坡掘進改為下坡掘進。同時在正掘段距底板1.2m左右沿向上5°左右的角度利用XY-2鉆機施工長度約15m的正向鉆孔，用以指導反掘施工時巷道坡度的調整，保證反掘段巷道坡度不致過大。

3 過構造期間的安全技術措施

3.1 掘進、支護

（1）工作面巷道均為沿底掘進，以便探明煤層賦存狀況；煤層厚度變薄時及時掃頂，保證巷道高度不低于設計值。煤層坡度過大時，巷道掘進后進行拉底作業(yè)，減小底板坡度，以適應梭車的爬坡能力。

（2）頂板完整段連采機掘進循環(huán)進度為10m，頂板破碎段將循環(huán)進度減小為5～6m。

（3）巷道支護采用冷拔絲網片+錨桿+錨索聯合支護，錨桿選用Φ16×1800mm的單螺母“三小”一次性緊固圓鋼錨桿，5根/排，排距為1m；錨索選用Φ15.24×6500mm的鋼絞線錨索，排距為1套/3m。頂板破碎段采用加密錨桿并縮短間排距為600～800mm，同時要求錨索隊跟班作業(yè)，在錨桿支護完畢后立即進行“錨索+W鋼帶”的方式進行補強支護，排距為3套/1.5m，W鋼帶規(guī)格為3×230×4600mm，未進行錨索支護前嚴禁掘進。

（4）當頂板含水量較大或為泥巖時，錨桿支護由風鉆鉆眼改為麻花鉆或由錨索隊用錨索機鉆眼，以提高支護效率。

3.2 設備的運行、維護和保養(yǎng)

（1）由于沖刷體硬度大，因此每循環(huán)掘進完畢后，要求煤機司機及時更換損壞的截齒，以減少對齒座和滾筒的損壞。由于過構造時煤機割巖量大，檢修工必須每天檢查煤機的除塵、截割等系統，保證各個系統正常穩(wěn)定運行。

（2）工作面必須及時設泵排水，減少積水，防止淤泥形成，同時各種電纜必須及時用電纜鉤吊掛在巷道頂板或幫部，嚴禁直接鋪在巷道底板上，以減少因設備碾壓帶來的電纜漏電隱患。

（3）連采機、錨桿機調機過程中，設備5m范圍內嚴禁站人，需要拉電纜時必須將設備停泵，并確認設備不會發(fā)生自溜、傾斜后方可進行。

（4）工作面所有設備停機時必須停放在底板平整地段，嚴禁停放在半坡上，防止設備自溜傷人。

（5）巷道坡度較大的地段必須及時組織墊路或拉底，減緩巷道坡度，防止設備行走期間有較大的顛簸。

3.3 “一通三防”

過構造期間工作面粉塵較大，給“一通三防”工作帶來較大的困難，同時造成作業(yè)人員視線不清，存在較大的安全風險。為此，需在以下四方面加強工作：

（1）風筒距工作面距離不得超過10m，掘進順槽聯巷擋風墻緊跟工作面行車聯巷之后，以加強工作面的通風除塵能力。

（2）梭車司機在作業(yè)前必須將警戒設置到位，嚴禁任何人員進入；生產過程中嚴格執(zhí)行“行人不行車、行車不行人”制度，視線不清時必須停機，待視線恢復后方可生產；跟班隊長加強現場管理工作，生產期間嚴禁任何人員進入生產區(qū)域。

（3）在工作面回風巷適當位置安裝捕塵網，減少回風流中的粉塵。

（4）加強監(jiān)測監(jiān)控管理，監(jiān)控探頭及時跟進，同時保證連采機、錨桿機機載斷電儀完好；帶班隊長、班長、連采機司機、錨桿機司機、跟班電工要隨身攜帶CO、O2、CH4便攜儀，對有害氣體進行實時監(jiān)測，發(fā)現異常情況，立即通知其他作業(yè)人員，并組織人員撤離到系統風的進風流中，待查明原因并進行處理、確保安全后，方可繼續(xù)作業(yè)。

4 存在的問題及改進措施

（1）由于榆家梁井田地質構造優(yōu)越，且采區(qū)和工作面地質預報中均未預測到該構造，造成在揭露構造初期，當班作業(yè)人員未能準確的認識、判斷構造特征，采取的處理措施不合理，誤以為是單純的煤層變薄或下坡，未能及時調整掘進層位，導致首次揭露構造時在巷道頂板留下一處約0.5m的臺階；構造揭露后，通過搜集整理相關資料，并加強對員工的教育培訓，提高其業(yè)務水平，可避免此類現象的發(fā)生。

（2）過構造期間，錨索緊跟工作面進行支護，需要妥善處理支護時產生的積水，工作面要及時設泵進行抽排，防止積水、產生淤泥，影響工作面標準化，引發(fā)漏電、底板不平等安全隱患。

（3）加強過構造期間的通風管理除了維護局部通風機及其設備的正常的運轉外，還應要求工作面密閉及時跟進，以加強工作面的通風除塵能力。

（4）過構造期間必須重點加強生產班人員的管理。通向工作面的所有入口必須設置警戒和全斷面柵欄，嚴禁人員進入；同時要求所有崗位工必須堅守崗位，嚴禁隨意串崗或在巷道內行走，特別是錨桿機司機在巷道支護完畢后必須在錨桿機上，堅決杜絕隨意走動現象。

5 結語

連采機掘進系統一般適用于煤層傾角在8°以下的近水平煤層條件，當工作面揭露構造后會造成巷道坡度變陡、掘進和支護困難等情況。但通過采取合理的生產工藝和生產組織，可以達到安全通過地質構造的目的，同時可以減少因掘進工藝改變所帶來的人力和物力的浪費，取得較好的社會經濟效益。

作者簡介：劉渤，男，陜西神木人，神華神東煤炭集團保德煤礦副總工程師，研究方向：采煤工程。