復雜條件下綜采工作面快速掘進安裝新工藝

年福田

（中煤新集能源股份有限公司劉莊煤礦，安徽 阜陽 236200）

采煤工作面掘進圍面及安裝準備工程與相鄰回采工作面的生產相互影響，而臨近回采工作面的軌道順槽掘進工期影響最大。常規的方法兩巷由外向里掘進，經切眼貫通后，由軌道順槽打運安裝綜采設備，將嚴重制約采煤工作面投產進度，形成工作面接替緊張局面。劉莊煤礦通過在131304 工作面優化創新圍面及安裝工藝[1-4]，實現工作面快速開采。

1 概況

劉莊井田東西走向長度約為16.0 km，南北寬3.5～8.0 km，面積約82.2 km2。礦井核定生產能力1100 萬t/a。井田內共13 層可采煤層，其中5 層主要可采煤層，平均總厚19.85 m，約占可采煤層總厚的67.68%。礦井為煤與瓦斯突出礦井，水文地質類型為復雜型，采用立井、主要石門、集中大巷、分區開拓的開拓方式。礦井為“一井兩面”生產布局，東翼1313 采區13-1 煤平均厚度4.5 m，1311 采區11-2 煤層平均厚度2.7 m。131302 工作面回采時間2019 年6 月—2020 年6 月，接替工作面為131101工作面。礦井西翼1713 采區13-1 煤平均煤厚5.3 m，1508 采區8 煤層平均厚度為3.5 m。171307 工作面預計回采時間2020 年7 月—2021 年2 月底，150802 工作面為接替工作面。為保證礦井產量、煤質均衡穩定，需對東西兩翼工作面優化配采，1713 采區工作面可配采1311 采區工作面，1508 采區工作面可配采1313 采區工作面，2020 年下半年171307 工作面配采131101 工作面，2021 年上半年150802 工作面需配采1313 采區（單翼）工作面。為防止工作面“孤島”開采現象，需要在131101工作面12 月回采結束前，131304 工作面具備回采條件，保證礦井接續持續平穩。

131304 工作面為1313 東采區第二個回采工作面，該工作面西接1313 東采區集中上山，東臨礦井東邊界F5 斷層，南為13-1 煤未采區，北近131302 工作面。131304 工作面為走向長壁開采，采用三巷布置方式，軌道順槽全長1 601.3 m，可采走向長為1 553.4 m，與131302 工作面之間留設煤柱10 m；膠帶順槽全長1 601.0 m，可采走向長為1 530.5 m；瓦斯抽排巷全長1 698.5 m，與軌道順槽內錯35 m，距煤層頂板40～50 m；設計工作面切眼長264.0 m；平均煤厚4.85 m。

2 設計方案優化

2.1 創新圍面模式

（1）創新提出“沿空掘巷”巷道外段聯巷布置方式，自回風聯巷與131302 溜煤眼交叉處布置外段聯巷和瓦斯抽排巷連接，在瓦斯抽排巷外段布置矸石窖，與工作面出煤分時分運，形成出矸和回風系統，較原始設計可提前掘進2～3 個月。

（2）在軌道順槽內距切眼90 m 設計瓦斯抽排巷聯巷，分段施工瓦斯抽排巷，提前將軌道順槽里段與瓦斯抽排巷貫通，使工作面膠帶順槽、切眼、瓦斯抽排巷盡快形成自然通風，構建單軌吊打運系統，從而實現切眼刷擴、安裝與軌道順槽掘進平行作業。

（3）探索“沿空掘巷”工作面安裝新模式，膠帶順槽里段布置工作面支架組裝間，實現膠帶順槽打運支架、切眼安裝與軌道順槽里段掘進平行作業，解決長距離重件打運難題，提高支架散件運輸速度，提高工作面安裝效率。

2.2 應用履帶式鉆機

軌道、膠帶順槽結合工程特點，優化工作面巷道布置，軌道順槽斷面設計寬×高=6 m×3.8 m，膠帶順槽斷面設計寬×高=5.6 m×4.2 m，滿足履帶式鉆機追機打鉆要求，從設計源頭取消巷幫鉆場。

3 掘進工程優化

3.1 科學組織三巷掘進工程排序

科學調控“三巷”掘進工程排序，優化掘進工藝，狠抓過程管控，最大限度減少臨近回采工作面影響，保障施工效率及安全效果。

膠帶順槽不受采空區影響，首先掘進第二中部車場及回風聯巷，待進料、通風、出貨等生產系統形成后，掘進膠帶順槽及切眼，然后施工軌道順槽里段至瓦斯抽排巷聯巷下口，變方位施工瓦斯抽排巷聯巷。瓦斯抽排巷貫通形成自然通風系統（上行通風），為后期軌道順槽里段掘進與切眼刷擴、安裝平行作業創造條件。

瓦斯抽排巷與相鄰回采工作面平距35 m，由131302 回風聯巷撥門，變方位后爬坡跟上合適層位向里掘進，期間停掘2 個月錯開與相鄰回采工作面交鋒影響，最后與瓦斯抽排巷聯巷貫通，貫通后繼續向前掘進至設計位置停頭。

軌道順槽受臨近回采工作面采動影響，臨近131302 工作面停采后，為保證臨近回采工作面具有足夠壓實期，前期軌道順槽由里向外掘進，待工作面壓實期滿足要求后，采用里外相向掘進，快速貫通。經統計，工作面圍面工期較常規方法提前完成掘進工程量近1100 m，節約工期約4 個月。

3.2 優化掘進工藝

巷道推廣臺階法施工。膠帶順槽、切眼巷道高度分別為5.1 m、4.9 m，掘進機爬坡、山墻防片、錨桿（索）登高作業極為困難，斜巷段尤為突出。采用迎頭分上下臺階掘進，一次掘進高度3.5～3.8 m，待工作面切眼支架安裝前，掘進機退回進行二次掃底，提高施工效率及安全效果。

應用遠距離噴漿工藝。在瓦斯抽排巷適當位置施工硐室，為噴漿材料、工器具提供存放空間，并經硐室撥門口向軌道順槽前后兩側各施工2 路Ф149 mm 貫通鉆孔（一用一備），作為噴漿管路安裝通道，經瓦斯抽排巷向軌道順槽噴漿作業，一個硐室可覆蓋噴漿范圍約450 m，減少物料打運距離，節省軌道順槽作業空間，增加平行作業面。如圖1、圖2。

圖1 131304 工作面掘進工序示意圖

圖2 131304 圍面工程及外圍系統排隊

4 輔助運輸方式優化

4.1 建立“網絡化”運料系統

膠帶順槽、瓦斯抽排巷掘進運料，均建立單軌吊連續運料系統，直接將物料打運至迎頭，縮短人工運料距離。瓦斯抽排巷與聯巷貫通后，工作面切眼刷擴、安裝進料由膠帶順槽打運，軌道順槽里段掘進用料經瓦斯抽排巷及聯巷打運，切眼刷擴、安裝與軌道順槽里段進料系統相互獨立。

切眼安裝期間，經膠帶順槽打運組裝綜采設備，切眼刷擴、安裝與軌道順槽掘進平行作業，軌道順槽貫通前，刷擴安裝工程施工完畢，較常規安裝工藝節約工期約3 個月。

4.2 靈活調控出貨系統

工作面兩順槽掘進，與131302 回采工作面共用采區膠帶上山出貨系統；瓦斯抽排巷建立矸石窖，與采煤工作面回采分時分段出貨，保證瓦斯抽排連續掘進及回采工作面產量煤質穩定。切眼刷擴前，需經膠帶順槽打運安裝21 臺臨時支護支架，造成膠帶順槽出貨系統中斷。因而對切眼刷擴出貨系統進行改造，通過切眼上口至瓦斯抽排巷聯巷下口增設一部轉載皮帶機，切眼刷擴、軌道順槽里段掘進出貨均由瓦斯抽排巷聯巷轉載至瓦斯抽排巷皮帶機，進而進入采區出貨系統，保證切眼刷擴、軌道順槽里段掘進出貨。

5 刷擴安裝工藝優化

5.1 牢固樹立“大掘進”格局

膠帶順槽掘進出貨采用強力皮帶H 架代替小皮帶H 架，避免后期拆除小皮帶安裝大皮帶架輔助安拆及打運工程。掘進期間施工吊裝間、沿接瓦斯抽排管、高壓管路，避免安裝準備期間，集中打運，交叉作業相互影響，提高安裝效率。

5.2 創新工作面安裝工藝

膠帶順槽皮帶機機頭安裝、工作面切眼綜采設備安裝、軌道順槽里段掘進平行作業。切眼刷擴前，首先安裝切眼臨時支護支架，分段加固頂板，然后進行工作面刷擴施工，最后安裝回采支架。切眼由常規刷擴后全寬8～9 m，調整為原切眼5.6 m，刷擴后全寬10.5 m，三路單軌吊滑軌，原切眼中線偏東1.2 m 安裝一路，用于切眼刷擴前，自下向上打運安裝臨時支護支架21 架，均勻布置，確保刷擴后大跨度巷道頂板安全；原切眼中線偏西1.3 m 安裝1 路，用于切眼支架自下向上打運，確保架前打運路線通暢；刷擴后原切眼中線偏東7 m 安裝1 路，用于支架自上向下打運，運架路線通暢，保障支架自下向上安裝順序。通過優化切眼斷面、支架打運、安裝工序，保證支架安裝工藝與常規相似，實現綜采設備安全高效安裝。131304 切眼21 臺臨時支架安裝及支架打運路線示意圖如圖3。

圖3 131304 切眼21 臺臨時支架安裝及支架打運路線

6 取得的效果

（1）軌道順槽、瓦斯抽排巷里段勾通聯巷，建立相對獨立運輸及通風系統，增加獨立作業面，有效提高掘進圍面工程效率。

（2）大掘高巷道分臺階掘進，可有效加快施工進度及安全效果，節約工期近10 d。

（3）建立單軌吊網絡化運輸系統，減少絞車打運中轉環節，節約人工，提高輔助運輸系統效率。

（4）通過優化切眼打運工藝，實現膠帶順槽打運綜采設備與軌道順槽掘進平行作業，節約工期3 個月。

（5）掘進工程兼顧安裝準備，有效減少返工，提高輔助運輸效率。

7 結論

（1）科學調控工作面巷道掘進順序及時間，優化掘進與安裝準備作業面關系，可有效增加平行作業面，減少工程相互影響，提高施工效率。

（2）掘進兼顧安裝準備，充分利用掘進期間打運時間充裕、掘進效率高的特點，超前施工支架組裝硐室、皮帶機架、各類管路等工程，為安裝準備創造有利條件。

（3）通過優化工作面運輸方式、切眼寬度，可有效解決膠帶順槽打運安裝綜采設備難題，縮短安裝準備工期。