28216 工作面軌道順槽快速掘進工藝優化研究

皮武杰

（西山煤電（集團）有限責任公司東曲礦，山西 太原 030200）

1 概況

28216 工作面位于+860 m 水平二采區，與28214 工作面相鄰，北東方向為預留大巷保護煤柱，東南方向與28216 底抽巷相鄰，西南方向+860 m為東翼總回風巷，蓋山厚度279～471 m。28216 工作面開采8 號煤，平均厚約3.83 m，煤層結構復雜，煤層傾角約為3°。直接頂為1.65 m 的泥灰巖，基本頂為2.93 m 的石灰巖，直接底為6.22～8.77 m 的砂質泥巖。28216 軌道順槽主要用于28216 工作面回采時的進風和運料，設計長度1220 m，采用綜合機械化作業。一個時期內，28216 工作面軌道順槽掘進工作面存在效率低、掘進巷道不穩定、冒頂事故風險高等問題，亟需進行工藝優化。

2 快速掘進工藝

28216 軌道順槽采用全斷面跟頂跟底施工成巷的方式掘進，選用EBZ260（A）型懸臂式掘進機配DSJ-80/2×75 膠帶輸送機完成截割、裝煤、轉載、運輸連續性作業。EBZ260（A）型懸臂式掘進機的截割部上裝有錨護裝置，可以在掘進的同時基本完成支護的基礎工作，提升后續支護工藝實施效率的同時，對掘進時的安全穩定也是一種保障，進而整體提高巷道的掘進速度。EBZ260（A）型掘錨一體機截割部如圖1。

圖1 EBZ260（A）掘進機截割部示意圖

掘進路線的選擇直接影響著斷面成型質量，不合理的掘進截割路線可能會導致掘進過程中空頂區頂板和兩幫的失穩。結合EBZ260（A）型掘錨一體機特點，采用S型軌跡進行作業。圖2 所示分別為S 型路線的截割周期內截割頭運動路線以及截割完成后對斷面整修周期的運動路線。

S型路線截割工藝實施步驟為：（1）啟動BZ260（A）型掘錨一體機，操作掘進機鏟板移動至順槽底板，操作掘進機截割頭對順槽兩幫浮煤進行清掃；（2）操作掘進機截割頭開始進刀，進刀深度達到參數要求后，停止進刀，通過鏟板收集截割出的煤塊；（3）截割頭貼近底板向右側移動，開始橫向移動，鏟板繼續收集橫向截割煤塊；（4）截割頭移動到右側幫壁，截割頭向上移動，控制距離后繼續向左截割，其中向上移動的距離需要考慮煤巖體屬性，28216 軌道順槽采用0.45 m，然后對順槽掘進部位的頂板、底板以及兩幫進行清理，繼續開始進行下一個掘進周期操作。整體掘進工藝流程如圖3。

圖2 S 型截割軌跡示意圖

圖3 28216 工作面軌道順槽工藝流程圖

3 順槽支護方案及效果

（1）支護方案

28216 軌道順槽巷道采用矩形斷面，寬5.0 m，高4.0 m，掘進斷面20.0 m2。煤層變薄或出現地質構造時，巷道高度不低于3.0 m。28216 軌道順槽采用全錨支護形式，巷道頂板采用左旋螺紋鋼金屬錨桿，錨桿直徑為Ф20 mm，錨桿長度為1800 mm，間排距為1100 mm×1200 mm；兩幫采用左旋螺紋鋼金屬錨桿，錨桿直徑為Ф20 mm，錨桿長度為1800 mm，間排距為1200 mm×1200 mm；頂壓為36.8 kPa，側壓為28.9 kPa。全錨支護每排支護強度如下。

實際頂板支護強度：

實際兩幫支護強度：

式中：Qdx為實際頂板支護強度，kPa；Fm為錨桿總支護強度，kPa；Fs為錨索總支護強度，kPa；S1為支護頂板面積，頂板實際支護面積30 m2；n1為每1.2 m 巷道頂錨桿數量，取5 根；Qcx為實際兩幫支護強度，kPa；n2為每1.2 m 巷道幫錨桿數量，取3 根；S2為支護幫面積，實際支護面積24 m2；fm為頂錨桿錨固力，現場實測103 kN；fs為錨索錨固力，現場實測196 kN；ft為幫錨桿的錨固力，現場實測103 kN。

由以上計算可得出：28216 軌道順槽采用全錨支護，頂板及兩幫實際支護強度均大于頂壓及側壓的理論值，考慮到巷道壓力的復雜性及巷道支護的保險系數，生產實踐中取支護參數如上，巷道支護安全可靠。如遇特殊條件時，可采取加掛金屬網及增補錨桿（索）等措施加強對巷道頂、幫支護以確保施工安全。

巷道兩幫均采用金屬左旋螺紋鋼錨桿配菱形金屬網支護，幫錨桿間排距1200 mm×1200 mm，兩幫各3 根，每排6 根。兩幫聯網時，需保證金屬網片緊貼巷道巖壁，網片之間搭接不得低于100 mm，且每隔150 mm 用14 號聯網絲將金屬網片連接一道，網扣至少擰三圈，并將剩余的鐵絲頭窩在網內，確保聯網連接可靠，幫部局部垮落處必須用背板構嚴。支護示意圖如圖4。

（2）支護控制效果

為了檢測上述支護方式的控制效果，在28216軌道順槽斷面上設置巷道表面位移測點，通過激光測距儀收集順槽斷面頂板和幫部的實際移近量。檢測周期為1 d，檢測總時長為30 d，通過檢測點移近量數據的匯總與處理，制成圖5。從圖中可以看出，28216 軌道順槽斷面頂板在第8 d 時達到最大移近量，約為78 mm，兩幫在第14 d 時達到最大移近量，約為103 mm。說明采用的支護方式能夠有效控制順槽斷面各處表面位移，能夠保證順槽的穩定安全。

圖5 巷道圍巖變形曲線圖

4 應用效果

28216 軌道順槽通過采用EBZ260（A）型掘錨一體機，S 型截割路線的掘進工藝，極大地提升了掘進速度和掘進順槽穩定性，28216 軌道順槽頂部和兩幫經過支護工藝優化，確保了順槽支護的安全性。通過工藝實施，目前采用該工藝每天可以完成11 個掘進循環，每個循環掘進長度為1.8～2.0 m，即每天可以掘進20～22 m，相較于原來每天掘進10～12 m 的進尺而言，掘進效率提升了1 倍，效果非常明顯。