常村煤礦掘錨機快速成巷技術研究

崔旭芳

(山西潞安集團李村煤礦，山西 長治 046204)

常村煤礦掘錨機快速成巷技術研究

崔旭芳

(山西潞安集團李村煤礦，山西 長治 046204)

為實現掘錨機在常村煤礦S6-8軌道順槽高瓦斯厚煤層復雜地質條件下的快速成巷，改進了掘錨機的臨時支護裝置，制定了快速成巷中瓦斯治理措施，確定了合理的支護參數。并針對巷道底板傾斜和煤壁片幫這2種影響掘進進尺速度的因素，對施工工藝進行了優化。應用效果表明：掘錨機施工期間，日均進尺增加到20 m/d，工效提高到0.44 m/工，極大提高了常村煤礦煤巷掘進速度，有效緩解了礦井采掘接替緊張的局面。

掘錨機 臨時支護裝置 瓦斯治理 巷道支護 工藝優化

近年來，隨著掘進機等機械設備在巷道掘進過程中的推廣應用，煤巷掘進機械化水平顯著提高[1]。然而掘進機只具有單一的掘進功能，造成在煤巷綜掘施工中掘進與支護工序相互分離。掘錨機組可以實現掘錨同步施工，并且通過高阻力的臨時支護和及時、可靠的永久支護來保證巷道施工安全[2-4]。在我國神東、兗州等煤層賦存條件較好、地質條件簡單的礦區，掘錨機已經得到大量應用，有效解決了礦井采掘接替緊張的局面[5-6]。但是，掘錨機組在高瓦斯、厚煤層、托頂煤、高應力等復雜地質條件下的應用還較少[7-9]，沒有形成系統的研究成果來指導生產實踐。鑒于此，筆者以山西潞安集團常村煤礦S6-8軌道順槽為工程背景，對掘錨機在高瓦斯厚煤層中快速成巷技術進行研究。

1 工程地質條件

試驗巷道為山西潞安集團常村煤礦S6-8軌道順槽，其位置關系如圖1所示。

圖1 巷道位置關系

S6-8軌道順槽沿煤層底板掘進，巷道掘進寬5.2 m，高3.5 m，掘進斷面為18.2 m2。巷道總長度為1 588.5 m，埋深約為420 m。試驗巷道所在常村煤礦S6采區，煤層厚度為5.78～5.85 m，平均厚度為5.81m，含平均厚度為0.3 m的夾矸1層，煤層普氏系數f=1.5～2。瓦斯相對涌出量為5.27 m3/t，絕對瓦斯涌出量為70.23 m3/min。根據井下鉆孔揭露，煤層老頂為粉砂巖、平均厚度3.41 m，直接頂為泥巖、平均厚度2.33 m，直接底為泥巖、平均厚度1.15 m，老底為細砂巖、平均厚度1.79 m。

由于常村煤礦煤巷采用普通綜掘機施工，掘進與支護不能平行作業，加之S6-8軌道順槽圍巖工程條件復雜，制約了巷道掘進速度的提高，造成了礦井采掘接替緊張。為解決這一問題，常村煤礦引進MB670掘錨機以提高巷道掘進施工速度。但是，由于MB670掘錨機施工的巷道斷面大，在高瓦斯、高應力、托頂煤等復雜地質條件下應用時，巷道易發生圍巖離層冒落、片幫及瓦斯超限甚至突出等問題，使機組掘錨同步作業的優勢得不到充分發揮，限制了掘錨機的推廣應用。因此，根據常村煤礦的現場條件，改造了掘錨機臨時支護裝置，設計了巷道瓦斯治理及支護方案，并針對影響進尺速度的因素優化了S6-8軌道順槽施工工藝，使掘錨機組更好地適應高瓦斯、大斷面、托頂煤等復雜圍巖條件。

2 掘錨機臨時支護裝置改進

S6-8軌道順槽所在煤層地質條件復雜，掘進工作面迎頭空頂區煤層保持自穩時間短、允許暴露面積小。而掘錨機自帶的臨時液壓頂篷的支護面積較小，且控頂距偏大，不能有效支護住前方空頂區的煤層，存在發生冒頂或迎頭煤壁崩落的危險。因此改造掘錨機組臨時支護裝置，以增大臨時支護面積、減小控頂距來保證頂板安全穩定，提高掘錨機組對常村煤礦復雜地質條件的適應性。

改造后的頂板支護是由千斤頂、銷子、臨時頂板支護和耳子組成。將千斤頂一端的接頭插入原來液壓頂篷的耳子中，然后用銷子穿上并固緊，使兩者鉸接在一起。將千斤頂另一端的接頭插入增設的臨時支護頂板的耳子中，然后用銷子穿上并固緊，使兩者鉸接在一起。增設的支護裝置頂板的寬度為500 mm，長度為1 500 mm，使臨時支護的面積增加0.75 m2。在掘錨機上引出2趟液壓管路以提供動力，使用液壓千斤頂來控制臨時支護頂板的收放。掘錨機臨時支護裝置改造見圖2所示。

(a)裝置改造俯視圖

(b)裝置改造側視圖

3 掘錨機快速成巷瓦斯治理

(1)加大供風量。安裝大功率通風機：采用大功率風機來加大供風量，在一定程度上可稀釋S6-8軌道順槽工作面瓦斯濃度。布置雙路局部通風機：當巷道的瓦斯涌出量較大，1臺通風機的風量不能滿足巷道的通風要求時，可以采用雙路通風機，加大巷道的供風量，防止瓦斯超限的發生。

(2)掘進期間執行循環前探鉆孔。在S6-8軌道順槽瓦斯涌出異常時，在迎頭施工瓦斯釋放孔，每次布置3個，深度不小于50 m，用來減少瓦斯壓力及瓦斯含量。為解決空間不足，鉆機難以運到迎頭的問題，在迎頭后方15 m處施工1個毛硐，將鉆機先放進去，然后將掘錨機退至15 m以外，取出鉆機打鉆，打完鉆后，鉆機放回毛硐，掘錨機再進入迎頭。

(3)巷幫抽放瓦斯技術。在S6-8軌道順槽中通過巷幫抽放瓦斯技術邊掘邊抽來降低煤層的瓦斯含量和瓦斯涌出量。具體施工方式：① 鉆場，在巷道前進方向右側巷幫每隔80 m開設一鉆場，深×寬×高=3.5 m×5.0 m×3.2 m；② 鉆孔，每鉆場中施工6個順層抽放鉆孔，孔徑89 mm，孔深100 m，鉆孔搭接長度不小于10 m，鉆孔水平間距1 m，垂直間距0.5 m，距煤層底板1 m，距巷幫2.4 m。鉆場及鉆孔布置如圖3所示。

圖3 邊掘邊抽鉆場及鉆孔布置示意(單位：m)

4 支護設計參數及施工工藝優化

4.1 支護設計參數

S6-8軌道順槽采用樹脂加長錨固錨網索聯合支護，具體支護參數如下。

(1)頂板支護。采用頂錨桿+錨索+金屬網+鋼筋梯子梁支護。頂板錨桿為φ22 mm×2 000 mm高預應力讓壓錨桿，采用2支MSCK2350樹脂錨固劑。每排6根錨桿，每排以巷道中線對稱布置，間排距(900～1 000) mm×800 mm，自巷道頂板中間到幫部的3根錨桿與垂直方向的夾角分別為10°、5°、15°，錨桿預緊力60 kN,錨固力120 kN。錨索規格φ22 mm×7 300 mm，采用3支MSCK2350樹脂錨固劑。錨索每排2根，間排距2 000 mm×1 600 mm，錨索預應力250 kN,錨固力300 kN。網片規格5 200 mm×900 mm，網孔規格50 mm×50 mm。φ18 mm雙鋼筋梯子梁，規格4 900 mm×98 mm。

(2)巷幫支護。采用幫錨桿+金屬網+鋼筋梯子梁支護。幫錨桿規格同頂錨桿，每排4根，間排距900 mm×800 mm，自上而下錨桿與水平方向夾角分別為25°、0°，25°、15°，錨桿預應力為60 kN，錨固力為120 kN，采用2支MSZ2350樹脂錨固劑。網孔規格30 mm×30 mm。幫上部2 500 mm×1 300 mm，幫下部網4 000 mm×1 000 mm。上面3根錨桿鋪一片網，網片規格2 400 mm×900 mm，幫梁規格2 100 mm×98 mm。最下1排錨桿(4根一組)單獨鋪一片網，網片規格2 500 mm×1 200 mm，幫梁規格為2 700 mm×98 mm。

S6-8軌道順槽具體支護參數見圖4所示，金屬網未在圖中反映。

(a)巷道頂板支護

(b)巷道幫部支護

(c)巷道支護斷面圖

4.2 施工工藝優化

(1)S6-8軌道順槽施工工藝流程。采用MB670掘錨機快速成巷施工總體工藝流程：交接班→安全檢查(頂底板、兩幫、瓦斯、工程質量、探頭位置等)→切割(出貨)→安全檢查(頂底板、兩幫、瓦斯、工程質量、探頭位置等)→頂板、巷幫永久支護→修整底板→進入下一循環。具體如圖5所示。

圖5 掘錨機作業流程

(2)巷道底板傾斜和片幫問題處理的技術工藝措施。由于掘錨機在常村煤礦S6-8軌道順槽掘進過程中，巷道進尺速度受到巷道底板傾斜和煤壁片幫這2種因素影響,不能充分發揮掘錨機快速成巷的優勢。為保證巷道的安全快速施工，需采取一定技術措施，對其施工工藝進行優化。

巷道底板傾斜處理技術工藝措施：①人工幫破底掘進，各司機割煤時風筒后支撐完全伸展，最大限度保證機身水平，改善巷道的左右傾斜情況；②截割頭多次回拉，割煤時截割頭要前后多次回拉，改善巷道底板的平整狀況，改善機尾拖移困難的局面；③掘錨機拖機尾，當連運車拖移機尾存在牽引力不足等困難時，使用掘錨機退機作業來拖移。

巷道煤壁片幫處理技術工藝措施：①巷道進行破底施工，破底掘進后，巷道底板可大致水平，右幫的受力狀態得到改善，片幫可得到改善；②設置防片幫裝置，當巷道進行破底施工后，巷道的片幫情況仍然較嚴重時，可以使用防片幫裝置進行超前臨時支護，以防幫部圍巖條件惡化；③煤體注水，如果巷道水平掘進后，右幫片幫現象仍比較嚴重，可以考慮向煤層注水，來改變煤體性質，增強煤體的塑形變形，降低煤壁壓力。

5 應用效果分析

(1)掘錨機組在常村煤礦得到了成功應用，實現了煤巷的快速掘進，提高了掘進工效。在對掘錨機臨時支護裝置改進及施工工藝進行優化后，掘錨機使日進尺由10 m/d增加至20 m/d，工效由0.22 m/工提高到0.44 m/工。巷道具體進尺情況如圖6所示。

圖6 巷道進尺情況

(2)經濟社會效益顯著。原常村礦綜掘機每月施工300 m，而掘錨機組每月施工可達600 m，可多產原煤9.17萬t/a，單臺錨桿機組可增加經濟效益1 375.92萬元/a，并且可節約人工費214萬元/a，增收節支總額達1 589.92萬元/a。在取得顯著經濟效益的同時也為以后高瓦斯厚煤層掘錨機快速成巷的應用提供了良好的借鑒。

6 結 論

(1)針對常村煤礦S6-8軌道順槽的具體地質條件，對掘錨機臨時支護裝置-液壓頂篷進行了針對性改造，提高了掘錨機對施工巷道的適應性，更好地保證了掘錨機施工時巷道安全生產。

(2)采取了加大供風量、掘進期間執行循環前探鉆孔、巷幫抽放瓦斯等技術措施，綜合治理掘錨機快速成巷中瓦斯問題。

(3)對S6-8軌道順槽采取樹脂加長錨固錨桿錨索組合支護方式，針對巷道底板傾斜和煤壁片幫這2種影響掘進進尺速度的因素，采取適當的技術措施，優化施工工藝，保證了巷道的安全快速施工。

(4)掘錨機施工期間，日進尺增加到20 m/d，工效提高到0.44 m/工，大大地提高了常村煤礦煤巷掘進速度，緩解了采掘接替緊張；增收節支總額達1 589.92萬元/a，經濟效益顯著，同時提高了復雜條件下巷道快速掘進水平，為以后高瓦斯厚煤層掘錨機快速成巷的應用提供了良好的借鑒。

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(責任編輯 石海林)

ResearchonTechnologyofDrivingAnchorMachineQuickTunnelinginChangcunCoalMine

Cui Xufang

(ShanxiLicunCoalMineofLu′anGroup，Changzhi046204，China)

In order to achieve driving anchor machine quick tunneling of S6-8 tail entry in Changcun Coal Mine with complicated geological conditions of high gas and thick coal seam，the temporary supporting device of driving anchor machine was improved，and gas control measures under quick tunneling were proposed to determine reasonable support parameters.Considering two factors affecting the excavation speed such as floor inclination and coal wall caving，the construction process was optimized.The application results showed that during the construction period，the driving anchor machine increased the tunneling footage to 20 m/d，and work efficiency to 0.44 m per man.These greatly improved the tunneling speed of coal roadway in Changcun Coal Mine and effectively alleviated the tensive situation of the relay between mining and tunneling.

Driving anchor machine，Temporary supporting device，Gas control，Roadway support，Process optimization

2014-08-24

崔旭芳(1974—)，男，礦長，高級工程師。

TD823

A

1001-1250(2014)-12-057-04