白洞礦快速掘進工藝的優化方案研究

郭宏斌

（大同煤礦集團宏泰礦山工程建設有限責任公司，山西 大同 037003）

白洞礦原有的掘進工藝已無法滿足當前開采的需要，導致采掘接替非常緊張，為改善礦井采掘平衡，減少對采煤工藝及輔助工藝的影響，必須進行快速掘進工藝的優化。集團公司安排宏泰礦山工程建設公司對白洞礦8110工作面快速掘進工藝進行優化。

1 工程概況

白洞礦8110工作面走向長度1294m，工作面長度120m，儲量250萬t。開采的5號煤層，結構簡單，全層厚15.33m，中間夾有碳質泥巖，其厚不等，煤層傾角在2～7°之間，煤層頂底板均為粉砂巖、砂質泥巖且較穩定。從掘進施工過程中揭露的地質構造來看，本工作面構造較簡單，東部發育有一小向斜構造，軸走向N-N10°E，向北傾伏，西翼傾角大約為5～8°，向西逐漸變小，東翼煤層傾角8～45°，再向東（到礦界外，接近煤層露頭處）變大到80°以上。

2 白洞礦8110工作面掘進工藝現狀分析

2.1 主要設備配置

采用EBZ-220型綜掘機，以適應大斷面施工，支護采用MYT-125EIII型液壓錨桿鉆機和ZQS-50/2.5S氣動手持式鉆機與綜掘機配套施工，運煤系統采用綜掘機自帶轉載機搭接SJ-80型伸縮皮帶機的方法。

2.2 永久支護方式及巷道斷面形式

掘進機切割巷道成形，工作面浮煤出完后，機組前探梁采用ZLJ-2.5掘進機機載臨時支架裝置。主要由頂架、主架、折疊缸、升降缸、支撐缸、平衡閥、高壓油管路、多路換向閥、分流集流閥等組成。利用原掘進機的液壓泵站供油，操作換向閥使液壓油進入分流集流閥、平衡閥和支撐油缸、折疊油缸，使頂架打開升起；推動升降油缸使主架升高。通過調節三組油缸使頂架調整到所需要的高度、角度并達到頂架及錨網同頂板吻合后停止，進行錨固作業。完成以上作業后，將臨時支護裝置按逆向操作收回油缸并使臨時支護落在掘進機機頭部位。等待掘進機工作完成后，進行下一次支護、錨固作業。

巷道掘進時最大控頂距為1.5m，最小控頂距為0.7m，工作面與護幫支護最大距離為：頂、中護幫不超過5m，底護幫不超過15m。最大控頂距與最小控頂距的關系及臨時支護辦法如圖1所示。人員必須在支護狀態下作業，嚴禁空頂作業。

圖1 最大控頂距與最小控頂距的關系及臨時支護方法

從前期開采的實際情況來看，該支護工藝操作復雜，支護面積小，循環時間長，進度低。同時存在較多的不安全因素，造成超空頂、工序銜接混亂、螺帽脫落、木楔未背緊靠等現象。一旦造成安全事故就會導致掘進工作無法開展，影響掘進效率。

3 影響8110工作面掘進進度的影響因素分析

對8110工作面掘進現場進行調查，對影響工作面掘進進度的因素進行統計分析，調研結果見表1所示。

表1 8110工作面掘進進度影響因素調查表

通過表1可得，影響8110工作面掘進進度的主要因素有：臨時支護、永久支護中頂錨桿頂錨索和幫支護，在意外因素當中主要是皮帶機故障停轉等。針對存在影響因素，有針對性提出優化方案。

4 快速掘進工藝優化方案設計

4.1 優化臨時支護工藝

針對臨時支護工藝進行了優化改進，具體方案為：（1）錨桿布置：頂錨桿采用Ф22×2200mm左旋無縱筋螺紋錨桿支護，每排5根錨桿，以巷道中心線對稱布置，采用4400×220×4-900-5鋼帶，眼距為0.9m，配合80×80×8mm鋼墊，錨桿排距0.9m。幫錨桿采用Ф18×1700mm左旋無縱筋螺紋錨桿支護，每幫三排支護，間排距為1050×1000mm，使用短護板450×220×4mm，配合80×80×8mm鋼墊。（2）錨索布置：采用Ф17.8×8300mm預應力鋼絞線配合250×250×10托盤，采用1-2-1方式布置，沿巷道中心布置，間排距：2800×800mm。

4.2 優化永久支護工藝

針對頂錨桿、頂錨索和幫支護的影響因素，對永久支護進行了優化改進，并對支護標準提出要求。

優化方案為：永久支護工藝采用錨桿＋金屬網＋鋼帶＋錨索聯合支護。支護順序：頂部：升起機載前探梁→打錨桿眼→上樹脂藥、錨桿→上錨桿托板→擰螺母。鋪網→打錨索眼→上樹脂藥、錨索→上錨索托板、鎖具→打壓。兩幫：打眼→上樹脂藥、錨桿→掛網、聯網 →上鋼護板→上錨桿托板→擰螺母。

新的支護要求：（1）錨桿（索）安設角度要求：頂錨桿除鋼帶最外邊錨桿與頂板成75°外，其余錨桿均垂直于頂板施工。頂錨索全部垂直頂板施工，頂板錨桿（索）夾角最小不低于75°。幫錨桿垂直于幫。（2）錨桿（索）外露長度、排間距要求：錨桿桿體外露螺帽外長度為10～40mm，錨索外露鎖具外長度150～250mm。錨桿排間距不得超出設計規定的±100mm，且逐根實驗，逐根記錄。（3）錨固及預緊力要求：頂錨桿采用加長錨固，使用兩支樹脂藥卷，三支MSZ2330，錨固力要求不低于110kN，預緊力矩不小于150N·m；幫錨桿采用一支MSZ2335樹脂藥卷，錨固力不低于75kN，預緊力矩不小于150N·m。錨索采用端頭錨固，采用三支樹脂藥卷，一支MSK2360，一支MSZ2360，預應力不小于110kN，錨固力不低于230kN。樹脂藥卷從上到下先快速后中速。頂錨桿錨固長度不低于900mm，幫錨桿錨固長度不低于350mm，錨索錨固長度不低于1200mm。（4）聯網、搭接要求：金屬網順巷搭接，搭接長度不小于200mm，采用14#鉛絲雙道三花扭結。頂網與幫網搭接應考慮巷道超寬問題，不得在巷道腮角處搭接。巷道每100m使用高強度塑編網斷網一次，斷距為一個支護排距。斷網時金屬網壓住尼龍網400mm，壓接處打幫支護，保證斷網處平整。

4.3 優化工序，實現多工序平行作業

通過對8110工作面掘進現場的試驗，對部分工序進行了調整和優化，盡可能地保證能平行作業的要平行作業，縮短循環作業時間。優化后的平行作業工序：機電維修和運料平行作業；綜掘機割煤、運煤和準備支護材料平行作業；接皮帶和臨時支護平行作業；幫錨桿和頂錨桿支護平行作業。

4.4 對工序和時間制定標準化

制定掘進工藝標準化模式的辦法來提高掘進效率，具體制定公式為：標準時間=觀測時間×評定系數× (1+寬放率)。基于標準時間內，對工人進行標準化操作的培訓，增加工人操作的熟練度，從而提高掘進速度。

4.5 強化掘進施工監管

針對現狀，制定了如下的掘進監管措施：（1）白洞礦調度、安監及業務監督人員進行井下實時巡查監督，對于發現的問題第一時間進行現場處理，對問題不拖沓；（2）加強三防一通保障措施的管理，盡最大限度降低其對施工的影響；（3）調整計時工資為計件工資制度，提高作業循環次數。

5 優化方案的效果分析

快速掘進工藝優化方案在白洞礦8110工作面巷道掘進的實踐中，表現出了良好的效果。巷道掘進不僅能夠嚴格按照作業規程進行作業，而且綜掘機落煤、錨網支護狀況良好，可以滿足支護設計要求，事先預設的掘進速度也能夠達到。試驗期間工作面月掘進335m，相比優化方案前最高的月掘進220m，提高了115m。極大地提高了掘進工作的效率，增加了經濟效益。

6 結論

本文以大同煤礦集團白洞礦8110工作面為對象進行了快速掘進工藝的優化設計。通過分析影響掘進進度的影響因素，從臨時支護、永久支護、優化工序實現多工序平行作業、對工序和時間制定標準化、強化掘進施工監管五個方面提出了優化改進措施。優化方案實施后該掘進工作面掘進速度從220m/月提高到335m/月。該優化改進方案合理切實可行，可以在集團內進行推廣應用。