煤礦井下煤巷綜掘工藝優化

翟黨帥

(山西潞安集團 司馬煤業公司，山西 長治 047105)

1 礦井地質及綜掘工藝概況

1.1 礦井地質概況

司馬煤業公司井田地處太行山脈西翼較為平緩地帶——長治盆地范圍內，全區均被第四系黃土覆蓋，無基巖出露，井田總體呈一單斜構造，井田構造屬簡單類。目前開采3號煤層，平均厚度6.57 m，傾角在3～9°之間，大部分小于8°，為全區穩定可采的近水平厚煤層，煤層結構簡單，頂底板一般為泥巖、砂質泥巖，局部為粉砂巖或細粒砂巖。

1.2 巷道支護概況

司馬煤業公司煤巷綜掘工作面均為矩形斷面，巷道一般沿煤層底板或頂板掘進，巷道高度一般為3.2～3.6 m，巷道寬度一般為4.5～5.5 m，巷道采用錨網索梁支護；頂錨桿規格一般為MSGLW335/20×2 400 mm，幫錨桿規格一般為MSGLW355/20×2 000 mm，錨索規格一般為SKL18.9-1/1860-7 300 mm；頂板垂直布置6～7根錨桿、2～4根錨索，幫部水平各布置4～5根錨桿，錨桿采用SB-D16-60 mm圓鋼焊接的鋼筋托梁連接形成整體，錨索采用單體拱形托盤或16號槽鋼兩兩相連；巷道全段面鋪設金屬網，使用16號雙股鉛絲孔孔相連[1]。

1.3 巷道施工工藝概況

施工時采用EBZ-160TY型掘進機進行割煤，配套使用DZQ80/30/11型帶式轉載機及DSJ80/40/90型膠帶輸送機進行出煤，支護時使用MQT-130/2.8C型氣動錨桿(索)鉆機打設頂錨桿(索)，使用ZQS-50/300手持氣動幫錨桿鉆機打設幫錨桿，采用兩部梯子斜靠巷幫并使用優質方木、木板搭設“井字形”工作平臺，支護時頂幫同時作業，幫部支護滯后頂部支護1排打設[2]。

2 原施工工藝存在的問題

如圖1所示，以巷高3.2 m巷道為例，巷道幫部打設4根錨桿，滯后頂錨桿1排打設，幫部錨桿采用一整根四孔縱向布置的鋼筋托梁連接，掘進機割完煤并清理干凈掘進工作面浮煤后退機至迎面墻5 m以外停機閉鎖，然后依次進行人工敲幫問頂、臨時支護、搭設“井字形”工作平臺、頂幫永久支護。此種施工工藝主要存在四個方面的問題[3]：

圖1 原工藝巷幫支護示意(mm)

1) 掘進工作面迎面墻暴露高度及面積大，暴露高度為整個巷高3.2 m，迎面墻呈垂直頂底板狀態，迎面墻無支撐，容易造成迎面煤墻片幫傷人事故。

2) 支護時搭設的“井字形”工作平臺距底板較高，高度至少為1.2 m才能保證人員進行正常支護作業(巷道超高時該高度會增加)，因此不便于作業人員上下工作平臺，且在遇到緊急情況時也會造成人員撤退困難。

3) 施工幫部底角錨桿時，存在“一個不便、兩種風險”，即：作業人員位于工作平臺下方，作業空間小，不便施工；作業人員距離迎面墻較近，存在片幫傷人的風險；工作平臺上方的工器具等存在掉落傷人的風險。

4) 在掘進機割煤過程中由于掘進機來回擺動，容易造成底角錨桿被掘進機鏟板鏟壞，變成失效錨桿。

3 優化后的施工工藝及其優點

鑒于原有施工工藝存在的缺點及風險，結合現場實際情況對施工工藝進行了優化，采取了針對性措施。

如圖2所示，將幫部的1整根四孔縱向布置的鋼筋托梁改為一縱一橫兩根鋼筋托梁，即幫上部為1根三孔縱向鋼筋托梁連接幫上部3根錨桿，幫下部為1根三孔橫向鋼筋托梁連接3排幫下部底角錨桿，支護時滯后頂部錨桿1排支護幫上部3根錨桿，底角錨桿滯后頂部支護5～7排支護并使用三孔橫向鋼筋托梁連接；同時迎面墻煤墻割成前傾斜坡狀，并在迎頭處留有3～5排不小于700 mm厚的底煤。作業時其余工藝仍按照原工藝順序依次進行。

圖2 優化后工藝巷幫支護示意(mm)

優化后的施工工藝優點包括以下四個方面：

1) 優化后，掘進工作面迎面墻暴露高度及面積大大減小，暴露高度最大為2.5 m，迎面墻呈前傾斜坡狀態，迎面墻上部煤體得到了下部煤體的有效支撐，大大降低了煤墻片幫風險，能夠有效避免迎面煤墻片幫傷人事故。

2) 優化后，因“井字形”工作平臺下方留有不少于700 mm厚的底煤，使工作平臺距底板的高度大大減小，高度約為500 mm甚至更小，便于作業人員上下工作平臺，且在遇到緊急情況時人員從工作平臺上撤退也比較容易，不會造成次生危險。

3) 優化后，施工幫部底角錨桿時有以下優點：①作業人員由工作平臺下方轉移至工作平臺后方作業，作業空間大，容易操作；②作業人員遠離迎面煤墻，有效避免了煤墻片幫傷人風險；③工作平臺下方無人作業，即使工作平臺上方工器具等掉落也不會造成人員傷亡。

4) 優化后，底角錨桿滯后打設，在掘進機割煤過程中，掘進機鏟板運行范圍內無底角錨桿，可以有效杜絕底角錨桿被掘進機鏟板鏟壞，避免了失效錨桿造成的質量問題，實現了降本增效。

4 優化工藝前后經濟效益對比

優化工藝后在經濟效益方面存在三方面優勢，①投入的幫部鋼筋托梁長度減少、成本降低，即每掘進100 m巷道約少投入幫部鋼筋托梁108 m，減少投入費用約1 700元；②被掘進機鏟板鏟壞而變成失效錨桿的數量減少，相比優化前不再需要重新補打錨桿，每掘進100 m巷道約減少補打錨桿數量15根，節省費用約800元，以上兩項，每掘進100 m合計約節省費用2 500元；③降低了作業人員的勞動強度，規避了多項傷人風險，產生了較大的安全效益。

5 結 語

通過采取幫鋼筋托梁規格調整、留設底煤、控制迎面墻狀態、人員施工位置調整等一系列工藝優化措施，有效地規避了原有煤巷綜掘施工過程中存在的安全風險，保證了施工作業安全，但當地質條件發生變化，如幫部煤質破碎、酥軟時，下部支護不能滯后太多，必須及時采取單體錨桿配合W護板等進行支護，否則可能會造成下部煤體垮落，對巷道支護強度造成影響。另外，不管是原工藝還是優化后的工藝都可以看出，作業人員的參與程度和勞動強度均較大，且都存在平行作業，因此，施工組織和安全確認最為關鍵，需要對作業人員進行合理分工，避免相互影響造成安全事故。再者，從綜掘工藝發展來看，目前先進的綜掘工藝主要有綜掘機配錨桿鉆車支護工藝、綜掘機機載雙錨支護工藝、掘錨一體機掘進工藝等，要從根本上規避風險，還是要依靠先進的設備和工藝，尤其是發展智能化掘進工作面，使“少人則安”、“無人則安”，使礦井安全、高效發展。