連續(xù)采煤機在復(fù)雜地質(zhì)條件下掘進和支護技術(shù)管理

馬添虎

(神東煤炭集團烏蘭木倫煤礦,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯017200)

0 引言

神東煤田是目前我國已探明儲量最大的整裝煤田，占全國已探明煤炭儲量的1/4，同時也是世界八大煤田之一。煤田內(nèi)煤質(zhì)優(yōu)良，開采條件優(yōu)良。煤層具有埋藏淺、地質(zhì)構(gòu)造簡單、賦存穩(wěn)定、傾角小、瓦斯含量低等開采優(yōu)勢；煤質(zhì)具有低灰、低硫、低磷、中高發(fā)熱量、高揮發(fā)份等特點，屬于優(yōu)質(zhì)的長焰煤和不粘煤。連續(xù)采煤機是一種可以連續(xù)采掘煤炭的機械設(shè)備，特別對地質(zhì)條件好的巷道開掘有得天獨厚的優(yōu)勢。連續(xù)采煤機的煤巷快速掘進優(yōu)勢突出，當其配備合理的配套設(shè)備，可完成煤巷的快速掘進，效率普遍比國內(nèi)的懸臂式掘進機高4～5倍[1]。連續(xù)采煤機正適合開采條件簡單的神東礦區(qū)。目前，連續(xù)采煤機已經(jīng)在以神東煤炭公司為代表的現(xiàn)代化礦井中得到大量應(yīng)用。

煤礦的安全、快速掘進技術(shù)對保證煤礦安全開采，保證煤礦工作面正常接續(xù)具有重要意義。復(fù)雜地質(zhì)條件下的掘進工作對施工設(shè)計、技術(shù)支撐和安全管理均要求較高。神東礦區(qū)某些復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)域內(nèi)的安全、高效掘進對煤礦工程技術(shù)人員的素質(zhì)和經(jīng)驗要求更高。

1 復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)域劃分

神東礦區(qū)地處我國西部地區(qū)，屬于厚松散覆蓋層、薄基巖的淺埋煤層，礦井開采易引起上覆巖層與地表的移動變形，煤層頂板巖層的變形破壞易形成切落、裂縫破壞、臺階下沉，有可能引發(fā)煤礦突水潰砂等危害。[2-3]當連續(xù)采煤機施工過程中遇到地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)域時，如不采取安全有效的管理手段，很容易影響掘進工作效率，甚至產(chǎn)生安全事故，給煤礦造成人員和財產(chǎn)的損失。煤礦工程技術(shù)人員對于復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)域不能掉以輕心，根據(jù)作者的工作經(jīng)驗現(xiàn)將復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)域進行歸類如下：

（1）煤層頂板為復(fù)合頂板的，煤層中有泥巖、泥質(zhì)頁巖夾矸層，包括煤層直接底為泥巖、泥質(zhì)頁巖的區(qū)域；（2）基巖厚度小于30m的區(qū)域；（3）掘進揭露斷層，掘進揭露沖刷帶、煤厚小于3m的煤層變薄區(qū)，煤層及頂板十分破碎的區(qū)域；（4）火燒區(qū)邊界掘進，包括煤層及其頂?shù)装逅绍浺酌奥涞膮^(qū)域；（5）煤層及頂板含水性強，錨桿錨索孔滴淋水較大的區(qū)域；（6）受二次采動影響的巷道及需要長期服務(wù)的巷道，在受一次采動影響后出現(xiàn)嚴重離層、片幫，需要二次加強支護的區(qū)域；（7）切眼等大斷面巷道及硐室等區(qū)域。

2 掘進和支護技術(shù)管理

針對上述地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)域，一方面要提高安全生產(chǎn)意識，另一方面要做好施工設(shè)計、提高技術(shù)設(shè)備水平、加強現(xiàn)場施工過程中的安全管理。具體可采取如下措施：

1）復(fù)雜地質(zhì)條件下掘進時，應(yīng)嚴格控制巷道成型，連續(xù)采煤機掘進時保證巷高誤差≤200mm，巷寬誤差≤200mm。且當煤層厚度大于3.2m時保證頂煤留設(shè)厚度大于400mm，當煤層厚度小于3.2m時，頂煤留設(shè)厚度不做要求，但應(yīng)以控制漏、冒頂為原則。聯(lián)巷及其它巷道原則上不要求抹角，有特殊使用要求需要抹角的，應(yīng)在滿足使用要求的前提下盡量減小抹角尺寸。

2）循環(huán)進度應(yīng)適當縮小，較嚴重時應(yīng)縮小到3m或更小，以保證頂板不冒落為原則。

3）巷道全斷面掛鋼筋網(wǎng)片，每排加支1根或2根錨桿，錨桿扭矩和錨固力必須合格，錨桿支護必須及時。錨索支護視實際情況可采取以下三種支護方式：（1）兩排錨索間增補一根，使之成3花布置；（2）間排距由3m×3m減小至1.5m×2m，并加掛w鋼帶，邊上兩根錨索與巷道頂夾75°角施工；（3）在間排距縮至1.5m×2m仍不能有效控制頂板時，可在兩排之間補打2根，使之成5花布置。錨索錨固力必須合格，且滯后掌子頭的距離不得大于1個循環(huán)。

4）復(fù)合頂板條件下使用圓鋼錨桿尚不能有效控制頂板時，將圓鋼錨桿改為螺紋鋼錨桿，并根據(jù)具體地質(zhì)情況確定錨固段長度，且將錨桿間距縮小至900mm，錨索支護根據(jù)實際地質(zhì)條件可用6.5m、8m或4m長錨索。

5）煤層頂板嚴重破碎，導(dǎo)致漏頂或冒頂嚴重，且冒落后巷高≥4m時，除采用錨桿+鋼筋網(wǎng)+錨索+w鋼帶支護外，必須架棚或用錨吊梁加強支護，架棚（錨吊梁）所用材料為11#礦用工字鋼，棚距（梁距）1.0m，其后用道木背實。

6）煤壁片幫嚴重、巷道肩角出現(xiàn)拉槽時，必須及時進行幫網(wǎng)和幫錨桿支護，幫網(wǎng)施工要符合要求，且?guī)途W(wǎng)滯后工作面距離不得大于2個循環(huán)。當片幫高度超過巷幫高度的1/2時，則應(yīng)在距下排幫錨桿1.2m處加掛一排鋼帶，巷道受壓嚴重，煤壁松軟破碎時補掛一片寬網(wǎng)片。

7）錨索錨固段內(nèi)有泥巖夾層、錨桿錨索孔內(nèi)滴淋水較嚴重，致使錨桿或錨索不易錨固時，應(yīng)適當增加1支或2支樹脂藥卷，若增加藥卷后仍不能保證錨固力時，則須采取11#礦用工字鋼架棚支護，回采巷道棚腿用木點柱，永久性巷道棚腿為11#礦用工字鋼，并用幫錨桿固定棚腿，棚后必須背實。

8）受二次采動影響巷道、受一次采動影響的永久性巷道，在一次采動影響劇烈，出現(xiàn)嚴重片幫和網(wǎng)包時，應(yīng)先處理片幫和網(wǎng)包，然后補掛幫網(wǎng)，采用錨桿+鋼筋網(wǎng)+錨索+w鋼帶支護，視情況采取架棚或用錨吊梁加強支護。

9）切眼等大斷面巷道及硐室在復(fù)雜地質(zhì)條件下施工時，首先應(yīng)在滿足使用要求的前提下盡可能地減小掘進斷面，并根據(jù)地質(zhì)條件合理確定一次成型斷面尺寸和二次成型時機，切眼及大斷面硐室擴幫完成后應(yīng)及時用木點柱（內(nèi)注式單體液壓支柱）或木垛加強支護，點柱小頭直徑不得小于200mm，木點柱（內(nèi)注式單體液壓支柱）必須垂直于頂?shù)装澹g距2m，木垛間距3m。

3 應(yīng)用實踐

神東某礦31煤一盤區(qū)31111運順、31112回順巷道長度均為4017.76m；煤層總體傾向NW，傾角1-2°，煤層穩(wěn)定，無大的起伏，煤層底板標高在1155-1163m之間；煤厚平均3.36m；31煤頂板為粉砂巖、細粒砂巖，底板為泥巖、粉砂巖。兩個順槽的頂板類型屬不穩(wěn)定-較穩(wěn)定?；仨槻捎?樹脂錨桿+鋼筋網(wǎng)片+錨索聯(lián)合支護；運順采用：樹脂錨桿+鋼筋鋼帶+錨索聯(lián)合支護；選用φ16×2100mm的圓鋼錨桿，排距1.0m，每排4根。該工作面選用連續(xù)連采機及其配套設(shè)備施工。選用一臺12CM15-10B型連續(xù)連采機完成割煤及自行裝煤工序；選用一臺4EOO-2250-WT型四臂錨桿機完成掘進巷道的支護工作，采用掘支循環(huán)平行作業(yè)的方法進行施工。

該巷道掘進屬于復(fù)雜區(qū)域下長距離掘進施工，在采用連續(xù)采煤機掘進過程中運順、回順煤層頂板局部有泥巖偽頂，裂隙發(fā)育，頂板較為破碎；在掘進至距離一盤區(qū)輔運三段1131m處遇F2斷層，落差6m，且?guī)r性破碎、容易冒落；掘進過程中穿越斷層和頂板裂隙發(fā)育層段時，由于導(dǎo)通上覆含水層，造成工作面涌水量增大。

現(xiàn)場工程技術(shù)人員根據(jù)實際情況，以頂板不冒落為原則，及時減小連續(xù)采煤機掘進循環(huán)進度，視具體情況調(diào)整坡度，加強支護密度和強度，保證掘進施工中頂板穩(wěn)定性，有效的預(yù)防了頂板事故的發(fā)生。在掘進過程中有煤層變化、頂板異常、突（透）水征兆時，現(xiàn)場人員保持24小時不間斷的觀測頂板淋水情況，堅持“有疑必探，先探后掘”的原則，加強頂板管理，做好排水準備，有效的預(yù)防了頂板潰水。在31111運順、31112回順長達8000余米的巷道掘進過程中未發(fā)生事故，保證了煤礦在復(fù)雜地質(zhì)條件下掘進的安全。

4 結(jié)論

本文以神東礦區(qū)某礦在復(fù)雜地質(zhì)條件的區(qū)域內(nèi)采用連續(xù)采煤機安全快速掘進為例，為相似條件下的巷道掘進工作提供了借鑒。但具體的掘進和支護方式選擇要考慮本礦井煤層賦存條件、技術(shù)裝備和人員素質(zhì)等綜合因素，只有跟現(xiàn)場工程實際相結(jié)合，才能找到適合本礦的安全、高效的掘進和支護方式。

［1］張振,梁大海.國產(chǎn)連續(xù)采煤機在神東礦區(qū)快速掘進中的應(yīng)用[J].煤礦機械,2010

［2］楊治林,淺埋煤層長壁開采頂板巖層災(zāi)害控制研究[J].巖土力學(xué)，2011.

［3］劉文崗.淺埋大采高綜采工作面礦壓顯現(xiàn)特征及頂板災(zāi)害機理分析[J].煤礦開采,2011.