大于60°煤層開切眼機械化掘進技術

周忠國 張孟軍 劉建

摘 要：通過大于60°煤層傾角綜采工作面開切眼采用挖掘機破煤、裝煤，通過下煤通道將煤炭轉運至機巷膠帶輸送機，再運輸至煤倉，實現開切眼機械化掘進，采用掘進防推底、下煤通道堵塞處理、下煤裝置改進、設備安裝滑道鋪設、防片幫飛矸等技術，破解了60°以上煤層開切眼施工安全難題，為急傾斜煤層綜采技術推廣應用奠定堅實基礎。

關鍵詞：開切眼;一次成巷;機械化

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）12-0202-02

0引言

急傾斜煤層采煤工作面開切眼掘進是綜采工作面面臨的一大難題[1-6]，由于煤層傾角大，采用傳統由下向上鉆爆法施工小斷面貫穿風巷后，再由上向下擴刷至設計斷面，存在的安全威脅較大;一是掘進工作面容易片幫飛矸造成作業人員受傷;二是作業人員搬運中柱擋板等材料勞動強度大，容易發生墜物傷人;三是掘進單進受限制，根據《煤礦安全規程》相關規定，在急傾斜煤層中掘進上山時，應當采用雙上山、偽傾斜上山等掘進方式，并加強支護，上山掘進工作面采用爆破作業時，應當采用深度不大于1.0m的炮眼遠距離全斷面一次爆破，直接導致開切眼掘進工程量增加，循環進度低下，不利于礦井采掘接替。綠水洞煤礦在急傾斜煤層開切眼施工方面開展了大量技術攻關，提出采用全液壓鉆機從下往上施工眼孔，再從下往上擴孔形成下煤通道，開切眼從上向下采用鉆爆法掘進的工藝，解決了掘進工作面片幫、飛矸的威脅，但是采用鉆爆法掘進依然存在需頻繁撤人、容易破壞煤層頂底板、職工勞動強度大、下煤通道易堵塞、工效難以得到提高等問題，急傾斜煤層開切眼實現安全快速掘進亟待解決。

1技術方案

通過外出參觀考察，礦井提出采用煤礦用液壓挖掘機破煤、裝煤，從上往下臺階式掘進，通過下煤通道將煤炭轉運至機巷膠帶輸送機，再運輸至煤倉，全斷面掘進后再對頂、幫及底板進行支護，實現開切眼機械化掘進一次成巷。采用MWY6/0.3型煤礦用液壓挖掘機掘進，掘進工作面只需一名挖掘機司機和電纜看守人員。對煤礦用液壓挖掘機在急傾斜煤層開切眼內使用的約束條件進行了模擬分析，同時在地面進行了還原模擬試驗，得出MWY6/0.3型煤礦用液壓挖掘機適用于煤層傾角55°～90°，煤層厚度大于2.8m條件下的開切眼施工，煤礦用液壓挖掘機約束空間使用模擬見圖1，作業范圍見圖2。

2關鍵技術

2.1開切眼機械化掘進

急傾斜綜采工作面開切眼機械化掘進配套裝置，主要由煤礦用液壓挖掘機、下煤通道、通風孔、防墜網格、護壁套筒、橋式轉載機、膠帶輸送機組成，其特征在于下煤通道設于開切眼靠煤層頂板及采空區側，下煤通道內從上往下安設護壁套筒，護壁套筒兩端均勻設置四個眼孔，護壁套筒之間采用鐵托板及螺栓連接固定，下煤通道上部鋪設防墜網格，通風孔設于開切眼采空區側，通風孔上部鋪設防墜網格，煤礦用液壓挖掘機從回風平巷運輸至開切眼上口，安裝于開切眼內，采用煤礦用液壓挖掘機液壓錘對開切眼內煤炭進行破碎處理，從上往下采用煤礦用液壓挖掘機挖斗臺階式轉載開切眼內煤矸進入下煤通道，進風平巷安設橋式轉載機和膠帶輸送機，下煤通道內護壁套筒末端搭接于橋式轉載機機尾。通風孔直徑500mm，下煤通道與通風孔之間距離大于900mm。防墜網格采用直徑18mm樹脂錨桿進行焊接，網格間距200mm×200mm。

2.2開切眼掘進防推底

急傾斜中厚煤層開切眼在掘進過程中遇到煤層厚度變化較大時，若取全煤則采高過高無合適的配套綜采裝備，另一種方式就是留底煤，但底煤留設不當很容易造成推底。特別是急傾斜煤層開切眼從上往下掘進，人員在工作面作業，安全威脅較大，上方底板發生推底將造成嚴重的后果。對開切眼底板的加固和底煤的防護就顯得格外重要。針對上述問題，提出一種操作方便、安全可靠，適用于急傾斜中厚煤層開切眼掘進防推底配套裝置，主要由底錨桿、底錨索、加固底梁、護底網組成，底錨桿采用無縱筋左旋螺紋鋼樹脂錨桿或漲殼式錨桿均可，加固底梁采用槽鋼加工形成，在加固底梁兩端施工眼孔，底錨索穿過加固底梁眼孔對底煤進行加固，護底網采用菱形金屬網配笆片對底煤和底板進行防護，防止開切眼掘進過程中煤矸滾落形成飛矸。急傾斜煤層開切眼底板上兩側的加固底梁必須交錯布置，底錨桿進入底板的深度不小于1m。底煤留設厚度根據頂板與底板之間的高度和綜采工作面配套液壓支架最大支撐高度進行選取，底煤留設厚度不超過1m。煤層厚度不穩定時，綜采工作面液壓支架安裝前應提前加設柱帽，以防止采高超高造成液壓支架無法接頂。

2.3開切眼下煤通道堵塞處理

在進風巷道采用全液壓鉆機配普通鉆頭和擴孔鉆頭施工形成急傾斜煤層開切眼下煤通道，解決了急傾斜煤層開切眼從上往下掘進煤矸運輸難題，避免了以往采用從下往上掘進存在的片幫、推底、飛矸等威脅，但在實施過程中由于受擴孔鉆頭直徑限制，下煤通道孔徑通常只有500mm～600mm，開切眼掘進過程中遇到大塊煤矸或堅硬頂煤，極易造成開切眼下煤通道堵塞，影響生產制約單進。針對以上問題，提出一種急傾斜煤層開切眼下煤通道堵塞處理裝置，主要由第一回柱絞車、第二回柱絞車、鋼絲繩、信號聯絡裝置、信號線纜、導向滑輪、疏導器、限位卡符組成，其特征在于第一回柱絞車安設在回風巷道，靠近開切眼上口，第二回柱絞車安設在進風巷道，靠近開切眼下口，第一回柱絞車鋼絲繩穿過開切眼上口導向滑輪與疏導器上端連接，第二回柱絞車鋼絲繩穿過開切眼下口導向滑輪與疏導器下端連接，疏導器兩端設置有眼孔，鋼絲繩穿過后采用限位卡符緊固，在第一回柱絞車和第二回柱絞車后方設置信號聯絡裝置，通過信號線通道采用信號線纜連接信號聯絡裝置。疏導器表面焊接有螺旋鋼板。第一回柱絞車和第二回柱絞車采用同型號設備，下行疏通時第二回柱絞車收繩，第一回柱絞車松繩，上行疏通時第一回柱絞車收繩，第二回柱絞車松繩。疏導器兩端眼孔直徑為50mm，鋼絲繩穿過疏導器眼孔后采用四個限位卡符固定。

2.4開切眼下煤裝置改進

急傾斜綜采工作面開切眼采用坑道式液壓鉆機形成下煤通道后，開切眼掘進工作面由上往下掘進，下煤通道一般采用等徑護壁套筒硬性螺栓連接，在使用過程中護壁套筒極易出現變形和卡阻，造成下煤通道堵塞，影響開切眼機械化掘進，制約開切眼單進水平的提高。本文提出一種操作方便、安全可靠，適用于急傾斜煤層開切眼下煤配套裝置，主要由異徑套筒、壓板、限位卡符、鋼繩、下煤通道、防墜防堵網格組成，其特征是異徑套筒逐節嵌入下煤通道內，相鄰異徑套筒采用插接方式，壓板焊接于異徑套筒中下部表面四周，鋼繩穿過壓板將異徑套筒連接成整體，壓板兩側鋼繩采用限位卡符鎖緊。下煤通道直徑800mm，異徑套筒上端直徑700mm，下端直徑650mm，長度1000mm，防墜防堵網格孔間距200mm～300mm，鋼繩直徑30mm，鋼繩穿通下煤通道內所有異徑套筒。

2.5開切眼設備安裝滑道

急傾斜中厚煤層綜采工作面開切眼采用煤礦用液壓挖掘機機械化掘進到位后，挖掘機需要從開切眼運至風巷再運輸至地面，綜合考慮后期綜采設備安裝一次性進行安裝滑道鋪設。急傾斜綜采工作面切眼設備安裝滑道裝置，主要由主滑道、輔助滑道、軌枕限位器、軌道限位器、緩沖枕木、防滑板、防滑樁組成，緩沖枕木鋪設于切眼內底板上，主滑道和輔助滑道采用道釘固定在緩沖枕木上，軌枕限位器采用道釘固定于緩沖枕木上，軌道限位器采用壓板配合螺栓連接在主滑道和輔助滑道底部，主滑道和輔助滑道兩側焊接防滑板。防滑樁穿透主滑道或輔助滑道內側防滑板眼孔向切眼底板方向施工，防滑樁長度700mm～1000mm。軌枕限位器分兩側布置，每根軌枕限位器上均勻布置三個眼孔，采用壓接方式進行搭接。主滑道和輔助滑道軌面保持在一個水平面，主滑道采用沉頭螺栓和專用道夾板連接。

2.6開切眼掘進防片幫飛矸

一是急傾斜煤層綜采工作面開切眼掘進后采用四方支護技術，對巷道頂板、兩幫及底板進行主動支護，頂板采用錨網索聯合支護，即采用樹脂錨桿（φ=18mm，L=2000mm）配菱形金屬網、鋼筋梯加錨索（φ=15.24mm，L=5000mm）進行支護，錨桿間距、排距均為1m，錨索間距3m，排距為2.5m，錯位布置，靠采空區側巷幫采用錨網支護，即采用漲殼式錨桿（φ=16mm，L=1800mm）配菱形金屬網進行支護，間距、排距均為1m，煤壁側巷幫采用錨網支護，即采用玻璃鋼錨桿（φ=16mm，L=1800mm）配菱形金屬網進行支護，間距、排距均為1m，由于玻璃鋼錨桿具有可切割的特性，不會損壞采煤機，不會產生火花，便于后期綜采設備的順利安全推進，底板采用錨網支護，即采用漲殼式錨桿（φ=16mm，L=1500mm）配菱形金屬網進行支護，錨桿間距、排距均為1m，解決由于煤層傾角增大所帶來的可能發生推底現象，對底板進行加固，便于后期設備安全安裝。二是開切眼內每間隔20m沿工作面走向安裝一組擋矸板來防止上方片幫、滾矸和推底，擋矸板采用錨樁（φ=36mm，L=1200mm）配合木板安設，擋板高度為0.5m，兩端封齊至煤幫，木板上方采用錨網進行全封閉形成擋矸防護網，有效防止飛矸。

3工業性試驗

大于60°煤層開切眼機械化掘進技術在綠水洞煤礦3222采煤工作面開切眼開展工業性試驗，3222采面開切眼位于打鑼灣背斜西翼中上部，上部為3222風巷，下部為3222機巷。巷道設計長度63.7m，寬度7.6m，切眼采煤機安裝硐室長度15m，寬度9.1m，按中線沿煤層破偽頂掘進，從3222機巷及風巷揭露情況分析，工作面預掘范圍內不存在較大斷層，但不排除有小斷層隱伏存在的可能，對巷道掘進不會產生較大影響，煤層傾向299°，煤層傾角55°～61°，平均傾角58°，煤層厚度3.6m，均為合層，為半暗半亮型焦煤、焦肥煤，呈玻璃光澤，夾矸2～4層，屬較復雜結構煤層，中部有一層0.07m的高嶺石夾矸，在井田內比較穩定，厚度變化較小，為井田內煤層對比的標志層，厚度變化較大，巖性為碳質泥巖、泥巖、砂質泥巖和砂巖，硬度系數f=4～6，在本巷道內夾矸均小于0.5m。

在地面工業廣場模擬井下3222采面開切眼受限空間，開展挖掘機司機操作培訓，在地面將挖掘機裝車后運輸至井下開展工業性試驗。

4實施效果

（1）在綠水洞煤礦3222采面開切眼采用機械化掘進技術，施工62m巷道工程（含安全硐室2m），平均單進2.3m/d，比傳統采用鉆爆法掘進平均單進1.5m/d相比，掘進單進水平提高53.33%。

（2）實施后減少開切眼內作業人數，由原來的9個人減少至7個人，大大節省人工費用。急傾斜煤層采用下行機械化掘進技術后，開切眼掘進單進得到提高，使采煤工作面能夠提前形成回采條件，緩解采煤接替緊張局面。

（3）急傾斜煤層開切眼下行機械化掘進技術在3222采煤工作面開切眼試驗取得成功后，對于解決急傾斜煤層開切眼安全快速掘進的問題提供了很好的操作方法和指導思路，為急傾斜煤層綜采技術的發展和延伸奠定堅實基礎，在類似條件的礦井具有較好的推廣應用價值，特別是煤層傾角大于55°，煤層厚度大于2.8m的開切眼非常適用。

5結語

（1）對于傾角大于60°，局部傾角達到70°的急傾斜煤層，若采用柔性掩護支架炮采工藝，職工勞動強度大，安全保障度低，而大于60°煤層開切眼機械化掘進技術的成功突破，實現急傾斜煤層綜采工作面開切眼安全快速形成，為礦井采用急傾斜煤層綜采技術創造了條件，大大提高了作業安全性和工作效率。

（2）隨著礦井開采水平向深部延伸，煤層傾角越來越大，煤炭資源開采的難度逐漸增加，急傾斜煤層開切眼實現機械化掘進后，為采煤工作面形成做好鋪墊，能夠提高礦井煤炭資源的回收率，創造良好的經濟效益。

參考文獻

[1] 張明祿.大斷面開切眼過大斷層施工技術[J].煤炭技術，2015，34（9）：99-101.

[2] 郝敬倫，謝余敬，劉鵬.工作面大傾角切眼一次成巷綜掘施工工藝應用[J].能源技術與管理，2014，39（1）：84-86.

[3] 李建，步乃濤，孫克文.綜掘工藝在切眼刷寬施工過程中的應用[J].內蒙古煤炭經濟，2015（5）：133+136.

[4] 呂金澤.工作面大斷面切眼一次成巷綜掘施工工藝探究與實踐[J].煤炭與化工，2016，39（5）：109-111.

[5] 楊杰，葉小三.綜掘工作面切眼連掘邊擴與分次施工經濟分析[J].內蒙古煤炭經濟，2016（8）：26-27.

[6] 房云鋒.幾種綜采切眼掘進工藝在黃陵一號煤礦的應用[J].煤炭技術，2005（11）：56-57.