連續(xù)采煤機雙巷掘進工藝及參數優(yōu)化

溫江龍

(山西省陽泉煤業(yè)集團沙鋼礦業(yè)投資有限公司，山西臨汾 043500)

0 引言

目前，在煤礦巷道開采工藝當中，連續(xù)采煤機的應用緩解了采掘接替的緊張關系，同時回采速度得到了大幅度的提升，其安全高效的特性十分符合快速掘進工藝的具體要求。同時，連續(xù)采煤機還具有體積小、調動靈活、使用簡單、方便的優(yōu)點。然而在現階段的巷道掘進中，由于存在著地質條件的變化，使得掘進工作面最大控頂距的設計問題、配套設施、操作工藝不夠成熟等原因，極大程度上制約了連續(xù)采煤機的雙巷掘進發(fā)展［1］。

1 實例分析—地質條件和巷道概況

1．1 巷道所處的地質情況

煤礦在巷道掘進中，與地面所對應的標高為1 296～1 330 m;而煤層的底板標高為1 170～1 180 m，因此巷道在1－2煤層當中需要沿著煤層的底板進行掘進。而頂煤的上部則需要保留1 m以內的厚度，內生裂隙不發(fā)育。在該盤區(qū)，煤層的厚度變化極大，變異系數接近50%，十分不穩(wěn)定。煤層最薄處為2．3 m，最厚處為 4．0 m，平均 3．3 m。隨著施工作業(yè)向前推進，煤層厚度存在一定變化，總體呈現出俯角的趨勢，角度為3°左右。巷道頂底板的特征中，砂巖基本頂的厚度在22～26 m之間，直接頂厚度為0．3～1．66 m，直接底板的厚度為 1．66 ～5．8 m，基本底主要為中細砂巖，厚度在8 m以內。從煤礦所在地的地質情況可以大致了解到該地區(qū)的巷道中的基本構造為參差不齊的塊狀構造，同時還具有條狀和帶狀的形態(tài)，其顏色以黑色為主，間或有半亮形態(tài)的灰色，遇水極易融化。其余特征數據為砂巖基本頂厚度保持在26 m以內，但不低于22 m，直接頂板的厚度不超過1．66 m，基本底為中砂巖和細砂巖，厚度不超過8 m。

1．2 施工的巷道基本情況

該煤礦采用雙巷道，分別命名為A巷道和B巷道。兩條巷道作為主、輔運輸巷，都屬于首采工作面的準備巷道。該巷道在設計時提前規(guī)避了四周所遭受到的采動影響。兩條巷道的設計長度均為1．7 km，兩巷之間設置有煤柱，其規(guī)格為15 m左右，整個走向段掘有38個聯絡巷。其中1號措施巷長度為142 m，2號措施巷長度為39 m，總工程量合計4 309 m，巷道截面形狀呈矩形。

2 參數的數據模型建立及分析

2．1 模擬分析軟件

掘進工作當中能否應用連續(xù)采煤機進行雙巷掘進的技術關鍵在于掘進工作面的最大控頂距。根據該煤礦的實際情況，選用了某模擬測試軟件進行測試計算，并針對覆巖活動的規(guī)律進行模擬分析。該測試軟件需要具備如下特點，①具有高針對性的對于非連續(xù)介質二維離散元程序;②需要能夠使離散塊體發(fā)生變形并允許塊體在節(jié)理面轉動、冒落和滑動的情況得到模擬;③應該具有自動識別出新的接觸的功能，例如在掘進過程中，工作面的支護由端頭完成，在模擬當中可以等同為煤體支撐。

2．2 模型建立

該煤礦雙巷道的模型當中，走向長度為100 m，高度為40 m，工作面的掘進深度為160 m，煤層直接頂厚1 m，高度3 m，基本頂、直接底、基本底分別為25 m、3 m、8 m，并有圖1所示模擬形態(tài)。

圖1 模擬模型中雙巷道的樣式

2．3 模擬計算結果

推進掘進工作面，在推進達到15 m之前，工作面上部的直接頂和基本頂并未出現損壞，而當掘進工作面到達該推進進度時，掘進工作面的上部基本頂出現了明顯的錯位，超前工作面的前方直接頂也出現了部分的破段錯位，但未發(fā)生掉落。離層并未在基本頂和直接頂上出現，而工作面的尾部和端部卻形成了應力集中區(qū)，經過最大應力的模擬測試，發(fā)現該工作面的前方應力已經超過20 MPa。模擬端、中、尾部設置3個測試點，其中端、中部下沉量達到了20 mm，中部頂板的下沉量最為巨大，超過了35 mm，因此在實際工作中需要將頂板彎曲變形量的設置提高，才能對頂板起到控制作用。

根據這一結果，結合該盤區(qū)的煤層厚度變化最終確定在原有基礎之上，工作面的最大控頂需要增加至13 m以上，而掘進工作面的最小控頂，即在錨桿機前段機身在頂住工作面的端頭之時，工作面端頭到達機械鉆臂的長度，需要設置在1．5 m以上，從而要求在正規(guī)的循環(huán)作業(yè)當中，循環(huán)的具體尺寸需要設定為12 m。此外，遇到斷層和頂板的實際變化時，做出如下優(yōu)化方案:當頂板發(fā)生破碎、松軟有裂痕、煤層變薄、淋水增加時，經測量煤層厚度不足0．2 m，將循環(huán)進度最大值設置為5 m;而當發(fā)生斷層或者頂板破碎嚴重時，循環(huán)進度設置為最大4 m，同時需要增大補強保護，甚至還需要打錨索進行加強支護［2］。

3 掘進工藝實施

3．1 連續(xù)采煤機工藝

根據運煤方式，連續(xù)采煤機的工藝系統(tǒng)可以分為兩種。其一是連續(xù)采煤機－橋式轉載機－萬向接長機－帶式輸送機;其二是連續(xù)采煤機－轉載破碎機－帶式輸送機。這兩種工藝當中，前者是連續(xù)運輸的工藝系統(tǒng)，十分適用于薄煤層;而后者是間斷運輸的工藝系統(tǒng)，則更加適用于中厚煤層。在掘進的過程中，連續(xù)采煤機需要和錨桿機平行作業(yè)，首先連續(xù)采煤機需要在A運輸巷落煤，再通過裝載機將煤裝入連續(xù)采煤機后部梭車之中，由梭車運入到破碎機，將大煤塊打碎，均勻地運送到B運輸巷再將其運出。在作業(yè)過程中，錨桿機需要在A運輸巷內對頂板進行支護工作，一般順序為定位、鉆眼、安裝錨桿，從而保證道路通暢。

3．2 配套設備

連續(xù)采煤機的工藝系統(tǒng)包含了采煤機、錨桿機、破碎機、梭車等配套設備共同完成雙巷道的采煤作業(yè)。在實驗過程當中，選取了12CM15-10B型號連續(xù)采煤機，配10SC32M型梭車和1030型破碎機完成轉載、破碎、運輸的工作。巷道內的支護錨桿機則選用ARO-40-RELMB-CWT型。同時，配套移動變電站10座，帶式運輸機3部，局部通風機一臺，激光指向儀兩臺，從而保證工作順利進行［3］。

3．3 巷道掘進

開切口和采垛:在每一次掘進巷道之前，需要將連續(xù)采煤機的位置調整為巷道前進方向的左側，并利用激光確定位置，向正前方的煤壁逐步切割，這一程序被稱為開切口。在完成了開切口之后，需要調整連續(xù)采煤機到巷道前進方向的右側，同時用激光線定位，開割巷道寬部的剩余部分，這一工序稱為采垛，如圖2所示。

圖2 開切口和采垛示意

截割:在連續(xù)采煤機進行截割時，兩種程序都需要進行升刀，即將采煤機的截割頭提升至巷道頂板，再利用截割頭掃去20 cm左右的煤皮，即掃頂作業(yè)。掃頂結束之后，將降低20 cm截割頭向前切入到煤體當中，位置在1 m左右，被稱為進刀作業(yè)，其后在進行割煤和挖底的操作，完成一個循環(huán)。這一循環(huán)被稱為一個截割循環(huán)，每一個截割循環(huán)需要向前推進1 m左右的距離，直到完成巷道的推進。

4 結語

在對連續(xù)采煤機的雙巷道掘進工藝的參數優(yōu)化過程中，通過實地考察，完成信息搜集，并利用專業(yè)軟件進行模擬，從而達到了最大控頂距的基本要求，模擬了在實際施工過程中可能出現的問題并給出相應控頂距標準。總結了連續(xù)采煤機的施工工藝。