掘錨一體機切眼大斷面一次成巷掘進技術應用

李旭東

（晉神沙坪煤業有限公司，山西 忻州 036500）

0 引 言

煤礦采煤工作面切眼因需滿足工作面液壓支架、運輸機及采煤機等綜采設備的安裝，造成切眼所需斷面較大，其掘進方式也因斷面跨度大造成一次掘進成巷困難，通常采用小斷面掘巷+二次擴巷方式達到切眼所需寬度，該掘進方式存在切眼施工工期長、頂板管理難度大，且二次擴巷期間因受運輸設備影響難以布置綜掘設備，需采取人工擴巷，造成員工勞動強度大[1]，此外，小斷面掘巷期間兩幫均需進行支護，二次擴巷期間需拆幫擴巷造成材料浪費，因此，需研究一次掘進成巷且能減少員工勞動強度的切眼大斷面綜掘施工技術，以解決以上問題。目前，掘錨一體機在煤礦井巷掘進中已廣泛使用，本文針對掘錨一體機配套的橋式轉載機具備一定擺幅的特點[2]，研究了一套采用掘錨一體機進行切眼大斷面一次掘進成巷技術，有效解決了切眼大斷面采用小斷面掘巷+二次擴巷形成的諸多弊端，可為切眼大斷面一次成巷掘進提供技術參考。

1 概 況

沙坪煤業有限公司13102切眼掘進工作面以南為井田邊界，以西為13101工作面，以東為13103工作面，對應地面位于王玉莊村東南、菅家溝村西南的貓兒溝排土場下方。13102切眼設計工程量180.5 m，巷道沿煤層頂板掘進，斷面形狀為直墻矩形，巷寬7.8 m，巷高3.8 m，掘進斷面28.86 m2，凈斷面27.65 m2；正對切眼的絞車硐室深度5 m，巷寬5.5 m，巷高3.8 m。切眼內調車硐室深度5 m，巷寬5.5 m，巷高3.8 m，共2個調車硐室。正幫側采煤機機窩全長40 m，深度1.5 m。巷道開口20 m段巷寬10.5 m，巷高3.8 m。切眼采用ABM20型掘錨一體機掘進及支護，掘進煤矸通過掘錨一體機輸送機運至橋式轉載機，最后使用皮帶機運出，輔助運輸為無軌膠輪車。13102切眼巷道平面如圖1所示。

圖1 1 31 02巷道平面圖Fig.1 Roadway layout of No.13102 Face

2 支護設計、工藝及質量要求

2.1 切眼斷面支護設計

（1）頂部支護。頂部錨桿選用φ18mm×2 000 mm圓鋼錨桿，錨桿間排距為800mm×1 000 mm，配合長度為2.5 m×（5.6+2.3）m的鐵絲網支護。頂部錨網支護后，及時采用錨索補強支護，錨索選用φ17.8mm×8 000 mm預應力鋼絞線，間排距為1 500 mm×2 000 mm，配合W鋼帶支護，W鋼帶型號為0.23 m×3.6 m，W鋼帶搭接使用。采用CK2360樹脂錨固劑錨固錨桿、錨索。

頂部錨網支護及錨索補強支護后，隨巷道掘進在皮帶外側施工一排單體支柱對頂板進行加固，單體支柱配合4 m長π型鋼形成一梁三柱。切眼施工完畢并拆除掘進設備及膠帶后，施工兩排單體支柱進行加固，單體支柱間距1 m，排距3.5 m，3排單體柱居中布置。

（2）幫部支護。切眼正幫使用φ22 mm×2 000 mm玻璃鋼錨桿，幫網采用2.5 m×5 m硬質塑料網支護，錨桿呈矩形對稱布置，間排距為2 000mm×2 400 mm；負幫選用φ16 mm×1 800 mm的圓鋼錨桿，幫網采用寬2.5 m、長5 m的金屬網支護，錨桿呈矩形對稱布置，間排距為1 000 mm×1 600 mm。在掘進過程中，幫部破碎時可根據現場實際情況縮小錨桿間排距，保證兩幫支護到位方可進行掘進。13102切眼斷面支護如圖2所示。

圖2 1 31 02切眼支護斷面Fig.2 Open-off cut support section of No.13102 Face

2.2 支護工藝及質量驗收要求

（1）頂部支護工藝。頂部錨桿、錨索支護均由ABM20型掘錨一體機上的4個頂錨鉆箱完成，根據支護設計，頂部共10根錨桿及4根錨索，其中頂部兩側距幫300 mm處各施工1根錨桿，其余中間錨桿間距均為800 mm，切槽時每排先支護切槽部分的頂部7根錨桿及3根錨索，采垛完成后再補齊采垛部分頂部3根錨桿及2根錨索，錨桿、錨索施工順序均為先中間、后兩側。

（2）幫部支護工藝。頂部錨網及錨索支護完成后，由風動錨頭完成巷道正幫、負幫的支護。負幫施工幫錨桿每排3根，最上面一根錨桿距頂間距200 mm，其余錨桿間距1 m，排距1.6 m。正幫施工錨桿每排2根，最上面一根錨桿距頂間距200 mm，其余錨桿間距2 m，排距2.4 m。幫部錨桿施工順序為從上往下施工。

（3）掘進工作面永久支護后最大未支護距離的確定。掘進工作面循環進尺為1 m，因掘錨一體機最小未支護距離為2.4 m，故距工作面迎頭最大未支護距離為3.4 m。錨索每2 m進行一排支護，永久支護后錨索距工作面迎頭最大未支護距離為5.4 m，幫錨桿距工作面最大未支護距離為15 m（掘錨一體機長度+最小控頂距）。

（4）為確保切眼大斷面支護質量，必須嚴格進行切眼支護質量檢查驗收，主要檢測巷道寬度、高度、錨桿（索）間排距、錨桿扭矩、錨索張拉力等支護參數及質量。每班由跟班隊干對當班所施工的錨桿扭矩進行驗收，及時補打失效錨桿，對當班檢測扭矩不達標的錨桿必須進行二次緊固，檢測后按要求填寫相關記錄。定期對巷道錨桿、錨索進行拉拔試驗，發現不達標，要及時進行補打并按照要求填寫相關記錄。具體驗收標準如下：

巷道寬度/mm 0～+100

巷道高度/mm -100～+100

錨桿間排距/mm -100～+100

錨桿安裝角度/（°） 與巖面≥75

錨桿外露長度/mm 露出螺母10～50

錨桿螺母扭矩/（N·m-1） ≥260

錨索間排距/mm -100～+100

錨索外露長度/mm 露出鎖具150～250

錨索張拉力/kN ≥100

3 大斷面一次成巷施工方案

由于ABM20型掘錨一體機在整機不動的情況下最大可截割寬度為5.2 m，而13102切眼設計寬度7.8 m，故一次掘進成巷需分為切槽及采垛2次工序來完成，即先掘進切槽部分，然后利用橋式轉載機可左右擺動10°的特點，將掘錨一體機后退并行進至采垛部分進行掘進，并在2個部分掘進期間，現場員工可與掘錨一體機進行錯位平行作業，以提高人、機工作效率。

（1）切槽、采垛斷面劃分及設備鋪設。根據掘錨一體機最大可截割寬度及13102切眼設計寬度情況，將正幫側5 m作為先行截割的切槽部分，將負幫側2.8 m作為采垛部分。采用激光指向儀標示巷道中線，膠帶輸送機鋪設位置為靠近巷道中線并偏正幫位置（便于橋式轉載機后方沿巷中打設單體支柱）。

（2）掘進及支護平行作業施工。掘進作業前，先利用激光指向儀標定的巷道中點，標示出巷道兩幫輪廓線及切槽、采垛分界線，然后再開機掘進。掘進期間，先截割切槽部分，掘錨一體機掘進一個循環深度時，對空頂部分進行錨桿及錨索支護，邊掘進邊支護頂部錨桿、錨索，直至掘進3個循環（3 m）并完成頂部支護及煤矸清運后，將掘錨一體機退出，然后行進至采垛部分進行截割，并按掘進切槽部分的施工方案進行掘進及支護工藝，依此工序進行切槽、采垛間交替掘進的方式往前掘進。在掘錨一體機退出切槽部分并掘進采垛部分期間，作業人員可進入切槽部分利用風動鉆機施工幫部錨桿，在掘進切槽部分期間，作業人員換至采垛部分施工幫部錨桿，實現人、機平行作業。

（3）設備檢修與支護平行作業。為保證設備高效正常運轉，每天早班前半班為設備檢修時間，檢修期間，將掘錨一體機退出迎頭5 m以外，掘進作業人員可進入迎頭，對未完成支護的幫部進行補打錨桿，對頂部采用掘錨一體機未及時施工的錨索進行補打，確保及時補齊支護，為正規作業循環打下基礎。

4 存在的風險及防范措施

（1）大斷面一次成巷施工期間，可能因斷面跨度較大發生頂板冒落事故，需采取相應的防范措施。一是必須按劃分的切槽、采垛區域分次掘進，以減少一次掘進斷面的最大跨度；二是掘進期間必須及時支護，掘進深度達到一個循環后，利用掘錨一體機頂部的4個頂錨鉆箱完成巷道頂板支護，頂部未支護深度不得超過2 m[3]；三是及時進行幫部支護，防止大跨度頂板作用于未支護的幫部，造成片幫事故，幫部支護滯后迎頭不宜超過5 m。

（2）人、機錯位平行作業期間，可能發生設備傷人事故，需采取相應的防范措施。一是掘錨一體機操作人員為經過培訓并取得特種作業操作資格證的專職司機，并嚴格按作業規程及操作規程進行規范操作[4-6]；二是進行錯位平行作業的支護人員嚴格執行平行作業相關措施要求，在人員作業側距離掘錨一體機1 m處拉警戒線，防止人員進入設備掘進側；三是由跟班隊長現場協調指揮，全面負責迎頭平行作業期間安全。

5 工程實踐效果分析

采用掘錨一體機在沙坪煤業有限公司13102切眼進行大斷面一次成巷施工工程實踐后，通過與以往先掘巷再擴二排巷達到設計寬度的方案進行效果對比，大斷面一次成巷方案具有3個優點。

（1）掘錨一體機施工大斷面巷道掘進工序多樣化，避免了單一掘進工序的約束性，通過大斷面人、機錯位平行作業方案，提高了施工效率，平均日進度7.5 m，24 d完成13102切眼工程，較以往二次擴巷工期縮短12 d，節約人工540個，避免了人工擴二排巷期間的高強度作業。

（2）掘錨一體機施工大斷面巷道采用切槽、采垛兩2個掘進工序，可以以垛為柱，加強頂板的完整性及強度，減少掘進時頂板受采動的影響。

（3）采用大斷面一次成巷方案，減少二次擴巷期間造成的幫部支護后再拆幫擴二排巷造成材料浪費，節約支護成本約15萬元。

6 結 語

采用掘錨一體機進行切眼掘進期間，可利用橋式轉載機的擺幅對切眼大斷面進行一次掘進成巷，并采取分區掘進進行人、機錯位平行作業，提高了掘進工效，避免了二次擴巷造成的工期長、材料浪費及巷道受采動影響時間長等問題，且避免了人工擴二排巷期間的高強度作業，對礦井接替、經濟效益及安全作業均取得了較好成果。