東曲礦28214工作面快速掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用分析

皮武杰

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 東曲煤礦，山西 太原030200）

0 引 言

東曲礦掘進(jìn)28214工作面軌道順槽，主要用于工作面材料設(shè)備的運(yùn)輸，并連接切眼和皮帶順槽形成生產(chǎn)和通風(fēng)系統(tǒng)，同時也作為28214工作面的一個安全出口。軌道順槽設(shè)計長度1 152 m，巷道開口沿8號煤層跟頂跟底掘進(jìn)。該巷道布置施工2個臨時避難硐室，工程量4.5 m/個，工程量共計1 161 m。28214軌道順槽服務(wù)年限預(yù)計為2年4個月，建設(shè)周期4個月。東曲礦28214掘進(jìn)工作面地表情況，工作面地面位置位于羊圈港村莊北東，地表無河流穿過；蓋山厚度276～450 m，平均厚度為363 m。井下北西為28212工作面，南西為+860大巷保護(hù)煤柱，北東為28216回風(fēng)措施巷，南東為正在施工的28216工作面。28214工作面布置如圖1所示。

圖1 28214工作面布置Fig.1 28214 working face layout

1 28214工作面地質(zhì)概況

東曲礦28214工作面8號煤層厚為3.9 m～5.4 m，平均厚約為4.6 m，8號上煤厚度為0.62 m，夾矸平均厚約0.15 m，8號煤厚約3.2 m，8號煤層有分叉現(xiàn)象，局部有一層至兩層夾矸厚0～2.3 m，煤層結(jié)構(gòu)中等，屬較穩(wěn)定型煤層。8號與9號煤層間距約為5.92～8.33 m，8號煤層為煤塵爆炸指數(shù)為14.66%的Ⅲ類不易自燃煤層，東曲煤礦瓦斯涌出量預(yù)測及其臨近的28214皮帶順槽掘進(jìn)期間絕對瓦斯涌出量為2.3 m3/min。頂、底板情況：28214軌道順槽偽頂為1.65 m的泥質(zhì)灰?guī)r，直接頂?shù)氖規(guī)r2.93 m，普氏硬度為4～5；老頂為11.43 m的粉粒砂巖，普氏硬度約為6～8；直接底為3.06 m的砂質(zhì)泥巖，普氏硬度約為4～5。28214軌道順槽綜合柱狀圖如圖2所示。巷道圍巖穩(wěn)定性差導(dǎo)致支護(hù)量大、巷道后期維護(hù)難等問題[1][2]。

圖2 28214軌道順槽綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive histogram of 28214 track roadway

2 不同巷道支護(hù)設(shè)計

不同巷道支護(hù)設(shè)計要符合復(fù)雜地質(zhì)條件特征，充分考慮瓦斯含量、應(yīng)力、斷層等因素對支護(hù)的不利影響，在采掘工作流轉(zhuǎn)接替中，采取合理的瓦斯防治手段和支護(hù)設(shè)計[3-4]。28214軌道順槽所掘煤層為+860水平二采區(qū)8號煤層，工作面標(biāo)高為881—934 m，沿8號煤跟頂跟底掘進(jìn)，坡度2°～8°，平均4°。28214軌道順槽采用全錨支護(hù)形式，矩形斷面，巷道寬度5.5 m、高度4.0 m，掘進(jìn)斷面22 m2。永久支護(hù)采用全錨支護(hù)形式。頂板支護(hù)由左旋螺紋鋼錨桿、錨索和萬向托盤構(gòu)成，頂板破碎時加掛鋼筋網(wǎng)加強(qiáng)支護(hù)。兩幫支護(hù)由左旋螺紋鋼錨桿、鋼筋網(wǎng)和萬向托盤組成。28214軌道順槽掘進(jìn)期間，采用滑移式臨時支護(hù)裝置進(jìn)行臨時支護(hù)。根據(jù)松散介質(zhì)力學(xué)方法計算，現(xiàn)用全錨支護(hù)每米支護(hù)強(qiáng)度如下。

實際頂板支護(hù)強(qiáng)度：

實際兩幫支護(hù)強(qiáng)度：

式中：qdx為實際頂板支護(hù)強(qiáng)度，T/m；Fm為頂錨桿總支護(hù)強(qiáng)度，T/m；n1為每米巷道頂錨桿數(shù)量，取5；n2為每米巷道錨索數(shù)量，取1；qcx為實際幫部支護(hù)強(qiáng)度，T/m；n3為每排巷道幫錨桿數(shù)量，取6；fm為頂錨桿錨固力，現(xiàn)場實測10.5 T；fs為錨索錨固力，現(xiàn)場實測20 T；ft為幫錨桿的錨固力，現(xiàn)場實測10.5 T。

由以上計算可得出，28214軌道順槽采用全錨支護(hù)形式，頂板及幫部實際支護(hù)強(qiáng)度均大于頂壓及側(cè)壓的理論值，考慮到巷道壓力的復(fù)雜性及巷道支護(hù)的保險系數(shù)，巷道支護(hù)安全可靠。如遇特殊條件時，采取增加錨桿（索）、縮小排距、鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)等措施加強(qiáng)對巷道頂、幫支護(hù)以確保施工安全，錨桿支護(hù)展開如圖3所示。

圖3 錨桿支護(hù)展開Fig.3 Unfold of bolt support

3 不同巷道支護(hù)工藝的選用

永久支護(hù)巷道施工時，因左幫吊掛風(fēng)筒影響，左側(cè)角錨桿和左幫上部幫錨桿需緊跟迎頭提前施工，采用氣動式錨桿鉆機(jī)人工打設(shè)，剩余錨桿、錨索由錨桿鉆車緊跟掘進(jìn)機(jī)施工，所有錨桿、錨索的打設(shè)必須在滑移支架內(nèi)進(jìn)行。當(dāng)工作面頂板破碎，需加掛鋼筋網(wǎng)時，提前在巷道頂板左側(cè)、中間、右側(cè)分別打設(shè)3根頂錨桿緊跟迎頭以保證網(wǎng)片的正常鋪設(shè)，剩余錨桿、錨索由錨桿鉆車緊跟掘進(jìn)機(jī)施工，所有錨桿、錨索的打設(shè)必須在滑移支架內(nèi)進(jìn)行。當(dāng)工作面遭遇地質(zhì)構(gòu)造，頂板破碎，壓力大，容易離層時，采用短掘短支，一個循環(huán)完成一次永久支護(hù)，所有錨桿、錨索采用氣動式錨桿鉆機(jī)人工打設(shè)，必須緊跟迎頭。同時另外補(bǔ)充專項安全技術(shù)措施加強(qiáng)支護(hù)以保障安全生產(chǎn)。頂錨桿施工嚴(yán)格進(jìn)行敲幫問頂工作，確認(rèn)安全后，方可打眼；頂部錨桿在滑移支架內(nèi)進(jìn)行支護(hù)，采用錨桿鉆車或氣動式錨桿鉆機(jī)打設(shè)眼位。幫錨桿巷道幫部支護(hù)施工，在滑移支架內(nèi)進(jìn)行支護(hù)。打幫錨桿眼前，首先將兩幫活矸危巖處理干凈，嚴(yán)防片幫傷人，然后由一人持風(fēng)鉆按設(shè)計眼位、方向進(jìn)行打眼，打眼時要密切注意煤幫狀況，發(fā)現(xiàn)異常時要立即停止打眼，及時進(jìn)行處理。打眼時要保證供水充足，禁止干打眼。

4 快速掘進(jìn)方法的實施

掘進(jìn)機(jī)截割工藝如圖4所示，截割時由左至右，自下而上進(jìn)行截割（過構(gòu)造時自上而下），首先由工作面底部（左方）切割掏窩槽開始截割。開掘窩槽時，切割頭高速旋轉(zhuǎn)，在走行部和升降油缸共同作用下作業(yè)，沒次掏槽深度保證600 mm內(nèi)。開槽作業(yè)后，啟動刮板輸送機(jī)，切割頭在驅(qū)動裝置帶動下在巷道斷面內(nèi)水平擺動，完成橫槽作業(yè)。切割頭移動到位后，使其升高一個距離，每次跨距保證600 mm內(nèi)，接著驅(qū)使切割頭水平擺動，重復(fù)以上動作，直至完成整個斷面的切割工作。將掘進(jìn)機(jī)退出工作面3～5 m，切割頭落地，停機(jī)閉鎖，切斷電源，并加蓋切割頭護(hù)罩。

圖4 掘進(jìn)工藝流程Fig.4 Mining process flow

煤轉(zhuǎn)運(yùn)方式。工作面煤體由掘進(jìn)機(jī)完成截割和裝載，經(jīng)過錨桿鉆車、二運(yùn)轉(zhuǎn)載至膠帶輸送機(jī)后由膠帶輸送機(jī)接力運(yùn)輸至地面卸載站。具體運(yùn)輸路線為工作面—28214軌道順槽—28214軌道順槽聯(lián)絡(luò)巷—+860東翼膠帶巷—煤倉—+860皮帶明斜井—地面卸載站。工作面所處地質(zhì)環(huán)境設(shè)計校核支護(hù)強(qiáng)度，并制定頂錨桿、幫錨桿和錨索的施工工藝，采用合理的快速掘進(jìn)工藝流程，有效保證工作面快速掘進(jìn)。

5 結(jié) 語

通過對東曲礦28214工作面地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實地探測分析，準(zhǔn)確獲得巷道頂、底板巖層信息，根據(jù)