大斷面切眼巷道掘錨一體機(jī)施工應(yīng)用技術(shù)

李杰

（山西省晉神沙坪煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036500）

0 引 言

目前，我國(guó)對(duì)于煤礦井下所使用的掘錨一體機(jī)研究方向及內(nèi)容大多在快速掘進(jìn)、支護(hù)技術(shù)研究和后配套選型上，對(duì)掘錨一體機(jī)施工大斷面巷道及二次成巷掘進(jìn)工藝研究極少，造成掘錨一體機(jī)只能掘進(jìn)常規(guī)巷道的誤區(qū)，磁窯溝煤業(yè)近幾年來一直對(duì)掘錨一體機(jī)施工大斷面巷道掘進(jìn)工序進(jìn)行摸索、研究，嘗試多樣化掘進(jìn)施工大斷面巷道掘進(jìn)工藝及二次成巷掘進(jìn)工序，通過不斷的在井下實(shí)踐應(yīng)用，優(yōu)勢(shì)顯著。磁窯溝煤業(yè)10109切眼采用掘錨一體機(jī)施工大斷面切眼二次成巷掘進(jìn)工序，使用切槽、采垛二次工序來完成巷道的掘進(jìn)，此項(xiàng)工藝不僅減少職工人員投入數(shù)量及勞動(dòng)強(qiáng)度，加強(qiáng)頂板支護(hù)，巷道頂板受采動(dòng)影響較小，有效控制了底板，消除了諸多不安全因素，對(duì)掘錨一體機(jī)施工大斷面巷道掘進(jìn)工序有了新的嘗試。

1 概 況

1.1 地面相對(duì)位置及地質(zhì)情況

10109切眼掘進(jìn)工作面，東面為10110工作面（未布置），南面為原煤子塔煤礦開采區(qū)域，西面為10103工作面（已于2014年7月完成回采）。對(duì)應(yīng)地表為山西西北部黃土高原中—低山區(qū)地形，地表為黃土和紅土覆蓋。10109切眼地面最低點(diǎn)位于10109切眼與膠運(yùn)順槽交叉處，地表高程為+1 050 m，推測(cè)該處對(duì)應(yīng)煤層底板高程為+962 m，采深為88 m。根據(jù)《礦井生產(chǎn)地質(zhì)報(bào)告》，10109工作面受S4向斜影響。S4向斜位于煤礦南部，軸線位于ZK19、補(bǔ)6號(hào)孔附近，軸向從北向南有所彎曲，從補(bǔ)6孔到ZK19孔的變化趨勢(shì)為NW—N—NNE，總體向NW傾伏。根據(jù)煤層底板等高線，10109工作面總體北高南低，掘進(jìn)工作面坡度較為平緩，平均坡度為1.5°。根據(jù)井田范圍內(nèi)10-2號(hào)煤層開采情況，各區(qū)域均受到了褶皺，但影響不大。生產(chǎn)中需加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)揭露情況的觀測(cè)，如揭露隱伏地質(zhì)構(gòu)造，需及時(shí)調(diào)整工作面，盡量減少割入的泥巖影響煤質(zhì)。

1.2 巷道布置

10109切眼掘進(jìn)工作面全長(zhǎng)為200 m，全寬為7.8 m，全高為3.7 m，巷道斷面為28.86 m2，巷道凈斷面為27.65 m2（巷道凈寬7.64 m，凈高3.62 m）；切眼正對(duì)調(diào)車硐室全長(zhǎng)為6 m、全寬為5.5 m、全高為3.7 m，開設(shè)1個(gè)；切眼內(nèi)調(diào)車硐室全長(zhǎng)為6 m、全寬為5.5 m、全高為3.7 m，開設(shè)2個(gè)；煤機(jī)機(jī)窩全長(zhǎng)為40 m，全寬為1.5 m、全高為3.7 m；切眼機(jī)頭、機(jī)尾各開架窩1個(gè)，全長(zhǎng)5 m、全寬1 m、全高3.7 m，巷道開口抹角尺寸均為10 m×8 m。10109巷道平面如圖1所示。

圖1 1 01 09巷道平面Fig.1 Roadway layout of No.10109 Face

2 支護(hù)設(shè)計(jì)與工藝質(zhì)量

2.1 支護(hù)設(shè)計(jì)

10109切眼支護(hù)示意如圖2所示。

圖2 1 01 09切眼支護(hù)示意Fig.2 Supporting diagram of No.10109 Cut

（1）工作面遇到地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，由跟班副隊(duì)長(zhǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指揮，停止掘進(jìn)作業(yè)，匯報(bào)相關(guān)部門，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)制定的安全技術(shù)措施，及時(shí)改變支護(hù)工藝，確保安全施工。10109切眼掘進(jìn)期間頂板均采用聯(lián)合支護(hù)[1]。

（2）切眼頂支護(hù)。頂錨桿選用φ18 mm×2 000 mm圓鋼錨桿，間排距為800 mm×1 000 mm，錨索規(guī)格均為φ17.8 mm×8 000 mm，間排距為1 500 mm×2 000 mm，W鋼帶型號(hào)為0.23 m×3.6 m，鋼帶搭接布置，所用樹脂規(guī)格均為CK2360，頂網(wǎng)采用5.6 m與2.3 m鐵絲網(wǎng)支護(hù)；隨巷道掘進(jìn)在皮帶外側(cè)施工一排單體支柱（排距為3.5 m），后期皮帶撤出后在切眼中心線處施工單體液壓支柱，排距為3.5 m，單體施工必須緊跟膠帶機(jī)機(jī)尾處。

（3）切眼幫支護(hù)。正幫使用φ22 mm×2 000 mm玻璃鋼錨桿，幫網(wǎng)采用2.5 m×5 m塑料網(wǎng)支護(hù)，錨桿矩形對(duì)稱布置，間排距為2 000 mm×2 400 mm；負(fù)幫選用φ16 mm×1 800 mm的圓鋼錨桿，網(wǎng)片規(guī)格為2 500 mm×5 000 mm金屬網(wǎng)支護(hù)，錨桿矩形對(duì)稱布置，間排距為1 000 mm×1 600 mm；樹脂型號(hào)均為CK2360，在掘進(jìn)過程中，幫部破碎時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況縮小錨桿間排距，必須保證兩幫支護(hù)到位方可進(jìn)行掘進(jìn)[2-3]。

（4）掘進(jìn)工作面永久支護(hù)后最大未支護(hù)距離的確定。掘進(jìn)工作面循環(huán)進(jìn)尺為1m，因掘錨一體機(jī)最小未支護(hù)距離為2.4 m，故距工作面迎頭最大未支護(hù)距離為3.4 m。錨索每2 m支護(hù)1排，故永久支護(hù)后錨索距工作面迎頭最大未支護(hù)距離為5.4 m，幫錨桿距工作面最大未支護(hù)距離為15 m（掘錨一體機(jī)長(zhǎng)度+最小控頂距）。

2.2 支護(hù)工藝及檢查驗(yàn)收要求

（1）頂部支護(hù)。由ABM20型掘錨一體機(jī)上4個(gè)頂錨鉆箱完成巷道頂板支護(hù)，由風(fēng)動(dòng)錨頭完成巷道幫支護(hù)，支護(hù)錨桿時(shí)要嚴(yán)格按照相關(guān)制度及各規(guī)程措施進(jìn)行施工。切眼施工頂錨桿每排10根，間距300-800-800-800-800-800-800-800-800-800-300 mm，每排距離為1 000 mm，切槽時(shí)每一排支護(hù)7根錨桿，采垛完成后再支護(hù)補(bǔ)齊剩余錨桿。錨索支護(hù)采用掘錨一體機(jī)進(jìn)行支護(hù)，錨索+W鋼帶進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，切眼每排支護(hù)錨索5套，W鋼帶每排使用2條。

（2）幫部支護(hù)。錨索及頂錨桿作業(yè)完成后，由風(fēng)動(dòng)錨頭完成巷道正幫、負(fù)幫的支護(hù)，如果巷道兩幫有片幫時(shí)，幫錨桿緊跟工作面支護(hù)，不小于正常支護(hù)強(qiáng)度，支護(hù)頂、幫錨桿時(shí)要嚴(yán)格按照規(guī)章制度及其規(guī)程措施進(jìn)行施工。負(fù)幫施工幫錨桿每排3根，間距200-1 000-1 000-1 000 mm，間排距為1 000 mm×1 600 mm，正幫施工幫錨桿每排2根，間距200-2 000-2 000 mm，間排距2 000 mm×2 400 mm，每列支護(hù)2根。

（3）使用檢測(cè)工具對(duì)巷道支護(hù)進(jìn)行拉拔、扭矩檢測(cè)。由跟班隊(duì)干對(duì)當(dāng)班所施工的錨桿扭矩進(jìn)行驗(yàn)收，對(duì)失效錨桿及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)打，對(duì)當(dāng)班檢測(cè)扭矩不達(dá)標(biāo)的錨桿必須進(jìn)行二次緊固，檢測(cè)后按要求填寫相關(guān)記錄。定期對(duì)巷道錨桿、錨索進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不達(dá)標(biāo)的要及時(shí)補(bǔ)打，并按照要求填寫相關(guān)記錄[4]。巷道質(zhì)量允許偏差規(guī)定見表1。

表1 巷道質(zhì)量允許偏差規(guī)定Table 1 Specification for allowable deviation of roadway quality

3 掘進(jìn)方式及工藝

（1）由掘錨一體機(jī)上4個(gè)頂錨鉆箱完成巷道頂板支護(hù)，掘錨一體機(jī)掘進(jìn)一個(gè)循環(huán)時(shí)，對(duì)最前方空頂進(jìn)行錨桿及錨索支護(hù)，邊掘進(jìn)邊支護(hù)錨桿、錨索，風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)施工幫部錨桿支護(hù)，煤炭通過掘錨一體機(jī)輸送機(jī)運(yùn)至橋式轉(zhuǎn)載機(jī)，最后使用皮帶機(jī)運(yùn)出。輔助運(yùn)輸工作由無軌膠輪車來完成。

（2）掘錨一體機(jī)掘進(jìn)切眼采用切槽、采垛2個(gè)步驟完成，激光偏中線左幫3.9 m，右?guī)?.9 m，采垛滯后于迎頭3 m以上，在巷道前方的煤壁進(jìn)行切割。膠運(yùn)順槽時(shí)一次成形，掘錨一體機(jī)司機(jī)在激光指向儀的導(dǎo)向下，激光偏中線左幫3.9 m，右?guī)?.5 m進(jìn)行掘進(jìn)；按照設(shè)計(jì)要求掘進(jìn)。掘進(jìn)至施工硐室位置時(shí)，由生產(chǎn)科及地測(cè)科現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)后，再進(jìn)行施工，開口時(shí)必須保證巷道無斷層及構(gòu)造時(shí)再進(jìn)行開口[5-6]。

（3）掘進(jìn)與支護(hù)交叉作業(yè)。當(dāng)掘進(jìn)1 m后，進(jìn)行頂部支護(hù)，后進(jìn)行開機(jī)再次掘進(jìn)，嚴(yán)禁超循環(huán)作業(yè)，必須做到短掘短支。檢修與支護(hù)可以平行作業(yè)。早班掘錨一體機(jī)退出工作面要支護(hù)的范圍，截割頭落地切斷電源后，工作面支護(hù)，后方檢修，互不影響。

（4）每班下班前，清理工作面浮煤及其他文明衛(wèi)生工作，做好交接班的準(zhǔn)備工作。

（5）當(dāng)掘進(jìn)巷道向前推進(jìn)，橋式轉(zhuǎn)載機(jī)無法接煤時(shí)，延伸膠帶機(jī)，每班延伸膠帶機(jī)必須一次性延伸到位，保證當(dāng)班正常使用。

4 防范措施

（1）所有在崗人員持證上崗，工作時(shí)要集中精力，認(rèn)真操作，確保操作質(zhì)量。

（2）施工前及時(shí)聯(lián)系地測(cè)科放置施工線，每班交接班后校正激光，準(zhǔn)確后方可進(jìn)行掘進(jìn)。

（3）每班要嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂制度，認(rèn)真填寫敲幫問頂記錄。

（4）沿設(shè)計(jì)坡度掘進(jìn)，保證巷道頂?shù)装迤秸瑹o臺(tái)階，準(zhǔn)確掌握巷道高度，嚴(yán)禁超高或偏低。

（5）掘錨一體機(jī)司機(jī)掘進(jìn)時(shí)要隨時(shí)注意觀察頂板和幫部情況，如發(fā)現(xiàn)異常，立即停機(jī)，并將掘錨一體機(jī)退至支護(hù)完好的巷道內(nèi)，消除隱患后方可掘進(jìn)[7-8]。

（6）嚴(yán)禁帶載啟動(dòng)掘錨一體機(jī)，應(yīng)在掘錨一體機(jī)達(dá)到滿速后，方可進(jìn)行掘進(jìn)。

（7）橋式轉(zhuǎn)載機(jī)司機(jī)作為工作面安全員，嚴(yán)格控制人員進(jìn)入工作面。應(yīng)停電上鎖后，方允許人員進(jìn)入檢查指導(dǎo)工作。

5 結(jié) 論

以往磁窯溝煤業(yè)使用連續(xù)采煤機(jī)與掘錨一體機(jī)單一施工大斷面巷道掘進(jìn)工藝，材料配件投入費(fèi)用高，人員投入多，空頂量大，受采動(dòng)影響大，不利于管理頂板等諸多因素，尤其連續(xù)采煤機(jī)運(yùn)行時(shí)副司機(jī)拉電纜安全隱患極大。現(xiàn)使用掘進(jìn)一體機(jī)配套橋式轉(zhuǎn)載機(jī)施工大斷面多樣化掘進(jìn)工序優(yōu)勢(shì)顯著。

（1）掘錨一體機(jī)施工大斷面巷道掘進(jìn)工序多樣化，可根據(jù)地形、煤層及頂?shù)装迩闆r選擇掘進(jìn)工序，避免了單一掘進(jìn)工序的約束性。

（2）掘錨一體機(jī)施工大斷面巷道支護(hù)多樣化，可根據(jù)頂?shù)装迩闆r選擇支護(hù)方案，有效控制頂板。

（3）掘錨一體機(jī)施工大斷面巷道采用切槽、采垛2個(gè)掘進(jìn)工序，可以以垛為柱，加強(qiáng)頂板的完整性及強(qiáng)度，減少掘進(jìn)時(shí)頂板受采動(dòng)的影響。

（4）可減少設(shè)備維護(hù)及配件投入費(fèi)用,并且橋式轉(zhuǎn)載機(jī)易維護(hù)，故障率低，避免了因一號(hào)連運(yùn)車故障影響生產(chǎn)。

掘錨一體機(jī)施工大斷面切眼掘進(jìn)工序，可以有效的化解其他掘進(jìn)工藝所帶來的諸多不利因素，改變?cè)械木蜻M(jìn)工序，掘錨一體機(jī)施工大斷面巷道掘進(jìn)工序在條件允許的煤礦中，將具有廣闊的推廣價(jià)值[9-10]。