軟巖地質條件下圓形巷道綜掘技術的應用

遲曉東

摘? 要：該文針對大平煤礦軟巖地質條件下圓形巷道采用傳統炮掘結合錨、網、支、充、錨的支護形式，施工進度慢、安全風險大，工序煩瑣、勞動強度大等問題，在S2S8段綜放面運輸巷掘進施工采用綜掘裝備掘進、裝載、運輸和巷道支護新技術，打破了綜掘機無法掘進圓形斷面的傳統工藝，形成了一套較為完整的圓形巷道綜掘技術，為同類巷道掘進施工提供了新的方法。

關鍵詞：綜掘技術;軟巖工程;圓形巷道;快速掘進

中圖分類號：TD421? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 概況

鐵煤集團大平煤礦屬全國罕見極軟巖礦井，在軟巖工程圓形巷道掘進施工過程中，以往的炮掘施工技術，對圍巖影響大、工人勞動強度大、成巷速度慢、安全風險高，機械化強度低。為改變此局面，大平煤礦在S2S8段綜放面兩巷，應用合作研發的EBZ160C綜掘機、轉載機、DSJ-120/150/2×315膠帶運輸機、臨時液壓支柱、SQ-80無極繩絞車等綜掘技術裝備，實現了掘進施工的安全、連續推移工藝，取代了放炮破巖、人工出貨的間歇式工藝，用料運輸實現機械化，直接供應到工作面附近，極大地降低了工人的勞動強度，避免了放炮對圍巖破壞，保證了圍巖的穩定性，提高了工作效率。

1 綜掘新技術

大平煤礦經過長期的實踐、總結、研究，形成了能夠在軟巖圓形巷道安全、快速、機械化施工的綜掘技術與工藝，并在S2S8段綜放面運輸巷掘進施工中成功應用。S2S8段綜放面運輸巷布置在煤層中，沿煤層底板掘進。其支護形式為螺紋鋼等強錨桿+ “U”型鋼圓形可縮支架+鋼筋網+注混凝土的復合支護形式。

1.1 綜掘工藝流程

綜掘機截割巷道上半部→液壓支柱臨時支護→支護施工→煤炭裝載與運輸→掛網、注砼。

（1）綜掘機施工工法：利用炮頭上下、左右往復截割，先施工斷面的上半部分，截割出巷道上半部分斷面形狀，之后作業人員站在作業平臺上架設臨時支護施工上半部幫頂、迎面錨桿。

（2）臨時支護：液壓支柱穿鐵鞋帶鐵帽與頂板接實，如頂板破碎則在鐵帽上別好木柈（1400 mm×120 mm×100 mm），初撐力不小于90 kN。在液壓支柱的兩側各施工一根頂板錨桿并別好木柈（1400 mm×120 mm×100 mm），在這兩根別柈錨桿的面向工作面方向再施工2根頂板錨桿。當將正頂頂板錨桿2-2施工完，即施工2排共4根錨桿，將液壓支柱撤下，然后繼續向兩側、向迎面方向逐根施工其他頂板錨桿。

（3）支護施工：施工幫、頂錨桿時使用徐工手持式氣動錨桿機，呈五花布置，全斷面支護，間、排距為800 mm×600 mm，錨桿外露長度為10 mm～50 mm。

（4）煤炭裝運：敲幫問頂后進行臨時支護，待上半部支護完成后，通過綜掘機將煤巖體裝載運輸，通過第一、第二運輸機將煤轉載到S2膠帶下山→井底煤倉→主井。

（5）掛網、注混凝土：支架鋪設810 mm×510 mm鋼筋網及席子，按要求鋪平，網間距小于50 mm，互相平行鋪好，用Φ1.6 mm（16#）鐵線綁牢;注混凝土時，混凝土按C20配制，配合比為水泥∶砂子∶石子=1∶2∶2，選用42.5級普通硅酸鹽水泥，砂子選用中砂，石子選用碎石，必須保證拌料均勻，嚴格控制水灰比為0.5;保證棚后300 mm厚度的混凝土;執行“見四充三”，要保證注嚴、注實。

1.2 技術特點

（1）圓形巷道綜掘機

根據大平煤礦井下特殊的圓棚支護方式，大平煤礦成功借鑒了小康礦與佳木斯煤機廠共同研發的可截割圓形斷面的EBZ160C型綜掘機，在S2S8綜放面運輸巷完成掘進施工。它能滿足在松軟頂、底板條件下，正常截割并使用U型鋼可縮支架對圓形巷道支護時，實現綜掘機正常的巷道掘進、物料輸送、行走、支護等作業，取締掘進打眼放炮的施工工藝。

EBZ160C綜掘機集成了國際先進技術，整機較拱形、梯形巷道所使用的綜掘機具有以下技術特點。

①截割部根據具體軟巖地質條件選配了可伸縮結構形式，伸縮行程700 mm。截割高度達到5 000 mm，截割寬度達到6 200 mm，避免了綜掘機截割時因機身頻繁升降導致聯結螺栓頻繁崩斷等機械故障的發生，減少了機器在巷道內頻繁前進后退對底板的破壞，加快了作業進度。

②大平煤礦S1采區使用的EBZ260綜掘機其鏟煤板前端為矩形直角邊，在割落煤矸的收集裝載過程中，刮卡圓棚底梁，只能施工拱形巷道，不能用于圓形巷道掘進施工。由此根據圓形巷道特點，特將鏟板前端采用圓弧形設計，并且鏟板可伸縮，鏟板伸縮行程850 mm，實現圓形巷道掘進中鏟板的完全臥底，從而提高了物料收集的效率。

（2）行走輔助橡膠墊

為了便于圓弧巷道特殊環境綜掘機的行走，特研制行走輔助橡膠墊，由 60塊高強度橡膠墊組成，鋪設在已掘圓弧巷道中鋪設的底鋼梁上，對綜掘機進行支撐，以增加巷道底板強度，使用時將底鋼梁弧底處墊平，鋪設行走橡膠墊，實現綜掘機在圓弧巷道的行走。

2 炮掘進工藝的不足

（1）一直以來，大平煤礦兩順掘進均采用炮掘工藝，由于軟巖強度低，放炮破巖產生的震動對巷道影響很大，常常出現，前掘后修的局面，采用了綜掘技術以后，極大地降低了圍巖應力的二次分布及釋放，降低了聯合支護強度，減緩了可縮棚的變形速率，極大延長了聯合支護的壽命。

（2）傳統炮掘工藝在掘進、運輸和巷道支護等環節中設備的機械化程度落后，各工序間相互制約，工效低、工人勞動強度大，物料運輸全靠人拉肩扛，導致掘進施工進度慢、安全事故頻發、采掘接續緊張。

（3）以往掘進施工時，采用打45°～55°超前控頂錨桿進行暴露后的煤巖超前控頂，因煤巖層松軟、節理裂隙發育，加之前方未知煤巖體中存在局部地質構造，超前錨桿易隨滑面、斷層落下而失效，存在一定的危險因素。

（4）隨著軟巖巷道支護方式與施工工藝的改革，大平煤礦曾經采用過綜掘機施工圓形斷面巷道，但是，由于綜掘機的截割高度、寬度不到位，不能滿足要求，還需放炮破巖休整圓形巷道斷面，降低了掘進工效;另外，由于軟巖強度低，放炮破巖產生的震動，易造成圍巖局部應力集中，給巷道支護帶來困難。

3 結論

通過在大平煤礦S2S8綜放面運輸巷試行的綜掘技術實，使巷道掘進水平由原來炮掘的月進110 m水平提高至170 m，并把工人的出勤率提高到了91%以上，還獲得了以下技術成果。

（1）驗證了軟巖工程圓形巷道綜掘技術，實現了軟巖圓形巷道的掘進、裝載、運輸的連續機械化，技術先進、應用可靠，施工效率高、速度快、安全等優點。

（2）首次采用合作研發的適應施工圓形斷面的EBZ160C綜掘機，在國內外應用此綜掘機尚屬首例。該綜掘機不僅提高了截割高度和截割范圍，而且實現了圓形巷道掘進中鏟板的完全臥底，從而提高了物料收集的效率。

（3）為了圓弧巷道特殊環境下綜掘機的行走，特研制行走輔助橡膠墊，實現綜掘機在圓形巷道的行走。

（4）首次采用液壓支柱臨時支護，降低了安全風險的同時提高了勞動效率，可反復泄壓，降低了原有支護的成本。

參考文獻

[1]徐永圻.煤礦開采學[M].徐州：中國礦業大學出版社，1991.

[2]孫寶錚.煤礦開采設計[M].徐州：中國礦業大學出版社，1991.