耙裝機(jī)+掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)斜切擴(kuò)幫的實(shí)踐與應(yīng)用

林治國(guó) 張經(jīng)龍 徐衍民

（汶上義橋煤礦有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)寧 272500）

傳統(tǒng)情況下，回采工作面切眼導(dǎo)硐施工后，綜采設(shè)備安裝前需進(jìn)行擴(kuò)幫作業(yè)，確保滿足安裝綜采設(shè)備需求的空間。擴(kuò)幫掘進(jìn)工藝一般采用鉆爆法或掘進(jìn)機(jī)截割法，施工速度直接影響設(shè)備的安裝和采掘接續(xù)。因此選擇勞動(dòng)強(qiáng)度低、安全系數(shù)大、掘進(jìn)工效高且工期短的施工方法，對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益實(shí)現(xiàn)安全接續(xù)極為有利。本文通過綜掘施工切眼導(dǎo)硐后，創(chuàng)新性地采取掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)式斜切截割破煤、截割部“擺煤”、耙裝機(jī)后退式出煤相結(jié)合的擴(kuò)幫掘進(jìn)工藝，該工藝避免了二次安裝皮帶機(jī)和跑道，減少了工作量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，比傳統(tǒng)綜掘工藝和鉆爆法施工更加快速和靈活，日平均進(jìn)尺13m。

1 概況及背景

汶上義橋3307工作面切眼設(shè)計(jì)長(zhǎng)度200m，沿煤層底板托頂煤掘進(jìn)，煤層厚度約3.8～5m，切眼總寬度8600mm，回采工作面采用傾斜長(zhǎng)壁采煤法布置，綜采放頂煤工藝。導(dǎo)硐及擴(kuò)幫掘進(jìn)期間，均采用EBZ260D掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行截割破煤，DSJ100型簡(jiǎn)易帶式輸送機(jī)運(yùn)煤。

1.1 切眼導(dǎo)硐

切眼導(dǎo)硐斷面規(guī)格為矩形，掘進(jìn)寬度4200mm，掘進(jìn)高度3700mm，掘進(jìn)斷面積15.54m2，巷道底板左右平齊，已與3307工作面軌道順槽和膠帶順槽貫通。考慮到切眼長(zhǎng)度僅有200m，若使用掘進(jìn)機(jī)第二運(yùn)輸機(jī)，導(dǎo)硐開門施工50～60m后，需回撤開門耙裝機(jī)并安裝帶式輸送機(jī)儲(chǔ)存皮帶，剩余140m巷道掘進(jìn)期間反復(fù)拉移跑道，工序繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度大，故采取掘進(jìn)機(jī)后跟耙裝機(jī)的方式掘進(jìn)。

1.2 切眼主動(dòng)支護(hù)設(shè)計(jì)

3307工作面切眼頂部及兩幫選用MSGLW-500/Φ22mm×2400mm左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為800mm×800mm，錨固力100kN，預(yù)緊力矩不小于200N·m。采用W形鋼帶配合錨桿支護(hù)，頂部采用W形鋼帶（規(guī)格為3mm×280mm×4300mm，6孔），切眼右?guī)筒捎肳形鋼帶（3mm×280mm×2100mm，3孔），W形鋼帶間距2400mm。

頂部采用錨索+T型鋼帶進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。切眼導(dǎo)硐錨索規(guī)格為Φ21.6mm×4500mm，擴(kuò)幫斷面錨索規(guī)格為Φ21.6mm×6500mm，錨索間排距為1700mm×1600mm，每排3根。T型鋼帶規(guī)格為140mm×20mm×3800mm，錨索托盤規(guī)格為200mm×150mm×20mm，錨索托盤長(zhǎng)邊方向沿鋼帶方向，錨索與錨桿錯(cuò)排布置，預(yù)緊力不低于100kN。切眼導(dǎo)硐頂板取3根錨索，擴(kuò)幫期間頂板取3根錨索，切眼頂板每排共布置6根錨索，導(dǎo)硐及擴(kuò)幫巷中一根向兩側(cè)各布置一根。

1.3 切眼擴(kuò)幫

1.3.1 擴(kuò)幫斷面設(shè)計(jì)

擴(kuò)幫斷面為平行四邊形，沿煤層底板施工，巷道頂板平行于煤層底板，巷道底板左右傾斜15°，掘進(jìn)寬度4400mm，掘進(jìn)高度2500mm，掘進(jìn)斷面積11m2。擴(kuò)幫后切眼跨度為8600mm，巷道斷面積達(dá)到27m2。

1.3.2 擴(kuò)幫期間被動(dòng)支護(hù)設(shè)計(jì)

擴(kuò)幫時(shí)采用單體液壓支柱+鉸接頂梁對(duì)切眼頂板加強(qiáng)支護(hù)。擴(kuò)幫側(cè)兩排單體液壓支柱型號(hào)為DWX35，導(dǎo)硐側(cè)一排單體液壓支柱點(diǎn)柱型號(hào)為DWX45。點(diǎn)柱每間隔1000mm支設(shè)一排，每排3棵。切眼導(dǎo)硐中心線向左偏100mm為右側(cè)一排單體，切眼導(dǎo)硐中心線向左偏2700mm為中間一排單體，切眼導(dǎo)硐中心線向左偏4650mm為左側(cè)一排單體。每棵單體液壓支柱配一根1.0m鉸接頂梁。中間一排單體+鉸接頂梁滯后擴(kuò)幫掘進(jìn)工作面不大于15m，切眼下幫側(cè)一排單體+鉸接頂梁超前中間一排單體支護(hù)，滯后掘進(jìn)機(jī)不大于2m，切眼上幫側(cè)一排單體+鉸接頂梁超前擴(kuò)幫掘進(jìn)工作面不小于20m。如圖1所示。

1.3.3 掘進(jìn)機(jī)規(guī)格

EBZ260D 掘進(jìn)機(jī)能實(shí)現(xiàn)連續(xù)切割、裝載、運(yùn)輸作業(yè)，截割硬度不大于 110MPa，爬坡能力±18°。該掘進(jìn)機(jī)長(zhǎng)15.5m，最寬處寬2.6m，最凸處高2.1m，截割最大面積為 39.5m2。

圖1 擴(kuò)幫后錨索+單體支護(hù)(儲(chǔ)煤通道)示意圖

2 切眼擴(kuò)幫施工

傳統(tǒng)擴(kuò)幫方法是待切眼導(dǎo)硐與上下順槽貫通后，拆卸掘進(jìn)機(jī)重新安裝皮帶機(jī)進(jìn)行綜掘擴(kuò)幫或安裝耙裝機(jī)進(jìn)行鉆爆法擴(kuò)幫。但是該方案工作量大，工期長(zhǎng)，受制于擴(kuò)幫斷面的規(guī)格和掘進(jìn)機(jī)的尺寸，采用普通的綜掘工藝，無法滿足相應(yīng)的安全間隙。

2.1 創(chuàng)新擴(kuò)幫施工方法

擴(kuò)幫采用掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)式截割破煤、截割部由右向左“擺煤”、耙裝機(jī)出煤相結(jié)合的掘進(jìn)工藝。耙裝機(jī)安裝在切眼導(dǎo)硐側(cè)，擴(kuò)幫掘進(jìn)工作面上山方向，由里向外機(jī)掘擴(kuò)幫，耙裝機(jī)后退式移機(jī)。

2.1.1 移機(jī)工藝

（1）耙裝機(jī)分段后退，掘進(jìn)機(jī)逐排向前擴(kuò)幫，耙裝機(jī)距擴(kuò)幫掘進(jìn)工作面最小距離為3m，最大距離為45m，分段長(zhǎng)度以35～45m為宜。

（2）采用JH-14單速絞車配合繩徑不小于18.5mm的鋼絲繩向后拖運(yùn)耙裝機(jī)。

（3）耙裝機(jī)后退至合適位置穩(wěn)固后，立即支設(shè)切眼導(dǎo)硐側(cè)超前單體，確保耙裝機(jī)出繩方向與超前單體支設(shè)方向平行并居于超前單體與煤壁之間。使用厚50mm的木板配合鋪設(shè)在單體液壓支柱上，形成高1500mm的耙斗出煤通道，柔性儲(chǔ)存擴(kuò)幫掘進(jìn)工作面煤矸。

（4）掘進(jìn)至最小耙裝距離后，掘進(jìn)機(jī)停靠在迎頭，后退耙裝機(jī)。

（5）后退耙裝機(jī)時(shí)使用皮帶電鈴聯(lián)系。

2.1.2 擴(kuò)幫掘進(jìn)工藝

（1）掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)式斜切進(jìn)刀，掘進(jìn)機(jī)司機(jī)始終處于切眼導(dǎo)硐內(nèi)，確保掘進(jìn)機(jī)司機(jī)安全退路通暢。如圖2、圖3所示。

（2）耙裝機(jī)在超前單體出煤通道內(nèi)運(yùn)行，尾輪固定在導(dǎo)硐頂板上。

（3）掘進(jìn)機(jī)每循環(huán)截割進(jìn)尺1.6m，掘進(jìn)施工兩排后，使用截割頭由右向左反復(fù)“擺煤”，確保煤矸被擺至出煤通道內(nèi)。耙裝受限時(shí)前移掘進(jìn)機(jī)，鏟板將截割頭擺出的煤矸推鏟至出煤通道內(nèi)。

（4）出煤后，掘進(jìn)機(jī)退出迎頭3～5m，進(jìn)行前探梁臨時(shí)支護(hù)。

（5）受限于掘進(jìn)機(jī)長(zhǎng)度和高度，幫部支護(hù)滯后迎頭不大于6排錨桿，空幫高度不超過2000mm，圍巖松軟或破碎時(shí)必須及時(shí)支護(hù)。

（6）擴(kuò)幫工藝流程：交接班檢查、準(zhǔn)備→掘進(jìn)機(jī)割煤→截割頭反復(fù)擺煤，掘進(jìn)機(jī)向前推鏟煤→耙裝機(jī)出煤→掘進(jìn)機(jī)退機(jī)→臨時(shí)支護(hù)→永久支護(hù)→支設(shè)掘進(jìn)機(jī)后單體。

圖2 斜切施工模擬圖

圖3 斜切施工示意圖

2.2 施工管理

（1）擴(kuò)幫作業(yè)前，由跟班副區(qū)長(zhǎng)安排專人將切眼導(dǎo)硐側(cè)巷道底板清理至巖石底板，以底板確定擴(kuò)幫高度。在擴(kuò)幫工作面右?guī)晚敳繕?biāo)記輪廓線，以便掘進(jìn)機(jī)司機(jī)按輪廓線截割。

（2）擴(kuò)幫作業(yè)前，卸下切眼導(dǎo)硐擴(kuò)幫側(cè)原支護(hù)錨桿托盤并拆網(wǎng)，每次不得超過3排。

（3）因擴(kuò)幫巷高低于導(dǎo)硐巷高，若擴(kuò)幫側(cè)頂板有冒落傾向時(shí)必須施工前探錨桿維護(hù)頂板。

（4）耙裝機(jī)作業(yè)時(shí)，人員要躲避到安全地點(diǎn)，嚴(yán)禁在耙斗運(yùn)行范圍內(nèi)停留、通過或作業(yè)。若需在擴(kuò)幫迎頭后平行作業(yè)時(shí)，距離耙裝機(jī)尾輪不小于5m處拉設(shè)警戒牌，人員躲開警戒牌2m以上。

（5）耙裝與掘進(jìn)工作面打眼、支護(hù)、掘進(jìn)機(jī)截割等平行作業(yè)。

① 耙裝機(jī)照明必須完好，機(jī)械、電氣部分必須完整、可靠，聚乙烯牽引繩完好、尾輪固定牢固。

② 沿切眼導(dǎo)硐下幫（擴(kuò)幫側(cè)）拉設(shè)警戒牌，人員作業(yè)時(shí)躲開警戒牌2m以上，嚴(yán)禁人員進(jìn)入耙斗運(yùn)行區(qū)域。

③ 尾輪固定在Φ18×64mm圓環(huán)鏈上，鏈子兩端采用錨桿固定在出煤通道頂板上，擴(kuò)幫掘進(jìn)工作面后不大于2m的位置。

④ 人員進(jìn)出時(shí)要提前發(fā)出信號(hào)，司機(jī)發(fā)現(xiàn)信號(hào)后要及時(shí)停機(jī)斷電，并向?qū)Ψ桨l(fā)出安全信號(hào)后，人員方可行走。

（6）調(diào)機(jī)、退機(jī)時(shí)每次拆除不大于5棵障礙單體，調(diào)整完掘進(jìn)機(jī)后及時(shí)補(bǔ)打單體。

3 掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)式斜切擴(kuò)幫的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 施工方案的優(yōu)點(diǎn)

（1）與鉆爆法擴(kuò)幫相比，降低了放炮震動(dòng)對(duì)巷道圍巖及支護(hù)的破壞，有利于托頂煤掘進(jìn)；減少打眼、裝藥及爆破工序，節(jié)約工時(shí)，充分發(fā)揮了掘進(jìn)機(jī)快速高效的優(yōu)點(diǎn)。

（2）與掘進(jìn)機(jī)截割擴(kuò)幫相比，可以利用切眼導(dǎo)硐簡(jiǎn)易帶式輸送機(jī)，無需重新安裝帶式輸送機(jī)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

（3）掘進(jìn)機(jī)在切眼導(dǎo)硐內(nèi)進(jìn)行斜切擴(kuò)幫，司機(jī)始終在導(dǎo)硐已施工區(qū)域，安全空間暢通，適用于矮斷面綜掘施工。

（4）耙裝機(jī)后退后，集中支設(shè)超前單體，在單體之間安設(shè)木板形成“擋煤墻”，該出煤通道既能出煤又能儲(chǔ)煤，且截割部邊擺煤耙裝機(jī)邊出煤，提高了出煤效率。

（5）耙裝機(jī)配合掘進(jìn)機(jī)出煤，可避免反復(fù)回撤耙裝機(jī)、皮帶機(jī)和跑道，適用于短距離掘進(jìn)。

（6）擴(kuò)幫期間，耙裝機(jī)在掘進(jìn)機(jī)前方，可以集中人員在掘進(jìn)機(jī)后方支設(shè)或調(diào)整單體，提高了安全系數(shù)及工效。

（7）相較于3305工作面切眼，跨度增大1600mm，支護(hù)強(qiáng)度大，施工難度大。3305工作面切眼綜掘擴(kuò)幫期間班平均進(jìn)尺3.6m，3305工作面外切眼鉆爆法擴(kuò)幫期間班平均進(jìn)尺2m，3307工作面切眼擴(kuò)幫采用此工藝，班平均進(jìn)尺4.8m，工效顯著提高。

3.2 存在的問題及改進(jìn)方向

（1）掘進(jìn)機(jī)截割部由左向右“擺煤”，由于“擺煤”量超過耙斗的裝載量，鏟板推鏟過程中，部分煤易越過鏟板邊沿“淤淌”至履帶下，需增大耙斗裝載量或加高鏟板邊沿增加鏟板容煤量。

（2）由于掘進(jìn)機(jī)機(jī)身長(zhǎng)，為支護(hù)幫部，掘進(jìn)機(jī)需頻繁退機(jī)，需反復(fù)回撤掘進(jìn)機(jī)后的3～4棵單體液壓支柱。因此，在錨索緊跟迎頭的情況下，單體滯后擴(kuò)幫工作面不大于15m調(diào)整為不大于17m。

（3）擴(kuò)幫斷面巷道僅有2.5m高，而掘進(jìn)機(jī)機(jī)身高度就有2.1m，掘進(jìn)機(jī)司機(jī)需在導(dǎo)硐側(cè)操作，視線受阻，巷道幫部成型難以控制，安設(shè)激光指向儀標(biāo)定幫部輪廓來化解此問題。

4 結(jié)論

汶上義橋煤礦打破傳統(tǒng)擴(kuò)幫方式，采用耙裝機(jī)在前、掘進(jìn)機(jī)在后、耙裝機(jī)后退式移機(jī)、掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)式斜切方案是安全、經(jīng)濟(jì)和科學(xué)的，掘進(jìn)工效顯著提高，比原計(jì)劃提前一周結(jié)束擴(kuò)幫作業(yè)，具有工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，勞動(dòng)強(qiáng)度低，施工速度快，作業(yè)安全等特點(diǎn)，為切眼快速高效擴(kuò)幫提供了經(jīng)驗(yàn)。