綜掘機銳角巷道轉彎施工工藝研究與應用

劉德波

（西山煤電集團公司鎮城底礦， 山西 古交 030203）

1 工作面概況

西山煤電集團鎮城底礦位于山西古交西北部，距古交市9.5 km處，礦區南北長約5.9 km，東西寬約5.6 km，礦井面積約33.8 km2，設計生產能力190萬t。22616工作面位于鎮城底礦南二采區，工作面順槽長度890 m，切巷長度160 m，巷道凈寬4.0 m，凈高3.0 m，斷面12 m2。工作面巷道所掘煤層為太原組8號煤層，含有四層以上夾矸，厚0.02～0.3 m。煤層均厚4.9 m，掘進時煤層呈背向斜相間構造，煤層傾角平均3°左右，屬于近水平穩定可采煤層。11號煤頂板平均厚3.96 m，巖性為黑灰色頁巖，性脆、易碎，抗壓強度均為389 kg/cm2。11號煤底板為灰黑色頁巖，厚度2.21 m，含鋁質，有滑感，遇水變軟膨脹，易底鼓，抗壓強度為147 kg/cm2。

2 綜掘設備選型與技術參數

為保證礦井生產的安全高效，必須結合鎮城底礦的實際地質條件，合理選擇綜掘工作面機械設備和生產工藝設計。根據鎮城底礦綜采工作面巷道的地質條件、巷道斷面、煤層傾角和煤層夾矸情況科學選型，綜掘機選用上海創力EBZ-160綜掘機，整機尺寸長、寬、高為9.178 m×2.900 m×1.800 m。設備功率，截割部160/100 kW，油泵電機90 kW；臥底深度260 mm，最大可截深度260 mm；可適應坡度±18°。配套使用SGB620/40T刮板輸送機，功率40 kW，電壓660 V/380 V，轉速1 470 r/min，輸送量150 t/h，中部槽，長 1500mm、寬620mm、高180mm。

3 方案設計

聯巷設計方案：22616回風巷以0°方位角掘進施工，為完善22616回風巷工作面回風系統，設計22616回風巷掘進施工80 m后停掘，施工22616回風巷。根據三盤區現有巷道布置規劃，設計22616回風巷為225°方位角掘進施工120 m后與三采區后期回風配巷貫通。該設計就存在22616回風聯巷夾角為45°掘進施工困難的問題。綜掘機必須轉彎135°才能保證22616回風巷按設計方位施工。聯巷與正巷夾角較小，從巷道斷面和綜掘機尺寸兩個因素分析，聯巷掘進施工困難，綜掘機難以進行正常的掘進施工作業。

綜掘機開口施工22616回風巷優點為可保證圍巖不受爆破松動，保障巷道圍巖的穩定性，更有利于巷道頂板管理。

根據施工設計提出兩套施工方案。方案一為炮掘開口掘進施工22616回風巷，方案二為機掘開口施工22616回風巷。

3.1 采用炮掘開口施工22616回風巷

22616回風巷斷面參數設計巷道掘高2.6 m，掘寬3.6 m，斷面9.36 m2。22616回風巷采用炮掘開口施工時，施工回風聯巷所掘煤矸由22616回風巷溜子運出，按照“四六制”生產作業方式，每個生產小班能夠掘進1 m，炮掘作業每米出煤矸12 t，每個生產小班組8～10人，除2人開設備外，6～8人進行出渣和支護作業。每米掘進完后及時進行錨桿—錨索—網—托梁—鋼帶聯合支護。

炮掘工藝優點：炮掘施工作業不受巷道斷面限制，靈活性強，能夠適應煤礦井下空間狹小的開口作業地點的施工。而且炮掘作業施工在掘進過程中對機械設備使用要求不高，能進行大角度穿層作業施工，能夠滿足設計復雜的巷道掘進施工。炮掘是巷道開口作業過程中常備用的一種較為普遍的施工方式。

缺點：22616回風巷采用炮掘工藝施工，開炮時巷道銳角牛鼻子留設不住，并且開炮作業勢必會對巷道的圍巖松動圈和巷道原有支護具有一定程度的破壞。開炮作業施工使用火工品單價成本較高、掘進速度慢、施工工期較長、工人作業勞動強度大，而且存在安全隱患。

3.2 綜掘機開口施工22616回風巷

22616材巷掘進施工使用上海創力EBZ-160綜掘機，機身長9.1 m，寬2.9 m，高1.8 m。功率：截割部160/100 kW。鏟板寬度2.9 m，高度1.65 m。為保證綜掘機以45°銳角拐彎進入22616回風巷，設計回風聯巷開口前8 m巷道寬度為4.5 m，綜掘機拐彎尺寸達到10.6 m，保證綜掘拐彎掘進施工能夠順利進行。掘進8 m后巷道前進方向右幫收縮0.8 m，巷寬為3.6 m。在兩條巷道的下幫交叉處，選定圓心，按照5 m的轉彎半徑進行轉彎。綜掘機轉彎模擬示意圖如圖1所示。

圖1 模擬轉彎圖（mm）

4 施工工藝

22616回風巷開口采用機掘工藝落煤，所掘煤矸由人工攉入22616巷內刮板輸送機，施工6 m后在22616回風巷內安設一部80 kW刮板輸送機搭接80 kW刮板輸送機出煤。施工循環進度為1.0 m，機掘時最大控頂距1.3 m，最小控頂距0.3 m。

開口前首先在22616回風巷內補打錨索加強支護，錨索采用Φ21.6 mm×6.3 m的鋼絞線，補打后錨索間排距與原巷道的錨索間排距為1.6 m×1.0 m。加強支護后采用綜掘機開口。

22616回風巷開口時，左幫不動，右幫逐排掘進方式向前施工。每掘進施工1 m及時進行支護作業，直至掘進施工至正巷。具體施工步驟如下：右幫掘進1.4m，第一排以45°打設兩根直徑為Φ20mm×2.2m的螺紋鋼錨桿，貼頂鋪設2眼W鋼帶，其中鋼帶眼距0.75 m。在施工第二排以45°打設三根頂錨桿，第三排以45°打設四根頂錨桿，第四排以45°打設五根頂錨桿，第五排以45°打設六根頂錨桿,各排分別配合 0.95 m（兩眼）、1.7 m（三眼）、2.45 m（四眼）、3.2 m（五眼）、3.95 m（六眼）的W鋼帶使用，右幫每排打設三根Φ16 mm×1.8 m的圓鋼錨桿，每根配套一支MS k2335型錨固劑和Φ110 mm、眼徑24 mm的高強直眼托餅使用，配合采用Φ16 mm×2.2 m鋼筋托梁下壓菱形網，間排距1.0 m×1.0 m，最上一根距頂板0.3 m。并在開口5 m范圍內打設Φ21.6mm×6.3 m錨索加強支護，托盤為16 mm厚、邊長300 mm見方的鋼板，配套一支MS k2337（上）和兩支MS k2355（下）型錨固劑；開口第一排內三角口打設一個錨索，第二排與第三排中打設一根錨索，第四排與第五排中打設兩根錨索，之后正常支護。轉彎彎道支護如圖2所示。

圖2 轉彎彎道支護圖（mm）

采用綜掘機拐彎掘進施工22616回風巷，機掘施工每掘進施工1 m綜掘機逐步拐彎施工，掘進施工過程中由于耙抓寬度2.9 m，出煤困難無法耙裝時人工把煤清至綜掘機耙爪，由綜掘機出煤。

采用機掘作業施工22616回風巷，掘進效率較高，施工速度快。綜掘機能夠適應礦井復雜多變的生產施工條件，同時與炮掘作業相比綜掘機的應用減小了由于開炮作業施工對巷道深部圍巖的破壞，巷道成型規范。由于綜掘規格尺寸限制，在實際操作過程中靈活性欠缺，例如EBZ-160綜掘機，整機長、寬、高為9.1 m×2.9 m×1.8 m。在實際施工過程中受巷道斷面的制約，施工22616回風巷以銳角拐彎掘進施工巷道，巷道的斷面尺寸限制綜掘機的正常作業施工，因此要優化生產設計，合理設計巷道斷面，充分發揮綜掘機道掘進施工中的優點，提高掘進效率，降低職工勞動強度，保證高效掘進。

5 結語

通過生產工藝的優化設計，綜掘機順利實現90°轉彎，解決了綜掘機大角度轉彎工程量大和安全問題。采用綜掘機工藝施工22616回風巷充分發揮了機械作業的優點，施工進度快、巷道成型好，減小了開炮施工對巷道深部圍巖的破壞，取得了較好的安全與經濟效益，同時也為同類型綜掘機銳角巷道轉彎提供了寶貴經驗。