王家?guī)X礦快掘成套裝備小半徑直角轉彎施工切眼實踐研究

秦奎元，姚杰龍

（中煤華晉集團有限公司王家?guī)X煤礦，山西 運城 043300）

王家?guī)X礦隸屬中煤華晉集團有限公司，屬中央企業(yè)。設計生產能力為750萬噸/年。井田位于山西省鄉(xiāng)寧縣和河津市境內，面積約119.7km2，地質儲量為15.479億噸，可采儲量為7.776億噸。主要可采煤層為2#、3#、10#煤層，現開采煤層主要為2#煤。煤種為中灰、低硫、特低磷的優(yōu)質瘦煤、貧瘦煤，是極好的煉焦配煤。礦井服務年限為92.6年，其中2#煤層的服務年限為56.8年。礦井通風方式為中央分列式，通風系統為三進一回，相對瓦斯涌出量為1.62m3/t，絕對瓦斯涌出量為19.09m3/min，回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為7.46m3/min，為高瓦斯礦井。煤層自燃等級為Ⅲ類，自燃傾向性為不易自燃，煤塵具有爆炸性。

2021年4月，中煤華晉集團有限公司購置了由中國鐵建重工生產的EJM270/4-2型快速掘進成套裝備，經過半年的人機磨合，快掘裝備在我礦順槽掘進方面取得了單日進尺27排（24.3m），月進尺500m的較好成績，但在順槽掘進到位后，如何使用快掘裝備拐切眼掘進，一直是困擾廠家設備推廣和現場使用的難題。由于快掘成套裝備由1#掘錨一體機、2#液壓錨桿鉆車和橋式轉載機三臺設備組成，設備總長60m，最大寬度5.0m，最低高度2.7m，拐彎半徑在15m左右，順槽拐切眼時會在交叉口形成大面積空頂，給安全生產帶來隱患。由于我礦頂板條件限制，大半徑直角拐彎在我礦不能采用，為此需實現快掘裝備小跨度直角拐彎施工切眼。

表1 快速掘錨成套裝備主要技術參數

1 工程概況

（1）工作面概況。12304切眼對應地面標高為+992.2～+982mm，底板標高為+636～+645m，12304切眼井下位于123盤區(qū)東部，東臨新G209國道保護煤柱，西臨12304工作面待采區(qū)，南臨12302工作面，北臨設計的12306工作面。切眼沿2#煤層底板掘進，2#煤層厚層狀，結構復雜，含2～3層炭質泥巖、粉砂巖夾矸，煤體結構為原生結構。煤層傾角1°～3°，平均2°,容重1.44t/m3，工作面設計長度300m。

（2）巷道斷面設計。切眼設計為矩形斷面，采用錨網索聯合支護方式，掘寬×掘高=9×3.4m，掘斷面積30.6m2。沿煤層底板掘進，留頂煤作業(yè)。采用二次成巷施工，此次施工斷面規(guī)格為：掘寬×掘高=5.6×3.4m，掘斷面積19.04m2。

2 施工工藝及方法

掘錨一體機小半徑直角拐彎采用分機式逐步拐彎。

2.1 1#機拐彎進切眼施工工藝

順槽施工到位后，退機12m至抹角位置，從抹角起點沿巷道底板進行掏槽，長2.7m、深1m、高1.5m，使截割滾筒及鏟板部分進入煤壁，最大限度調整掘錨機機身角度（18°），利用掘錨一體機自身滾筒斜切進刀截割并支護，完成拐彎第一步施工。

圖1 1#機首次調機與截割示意圖

掘錨機退回抹角起點位置，截割滾筒緊貼刷擴幫，在原地進行調機，利用掘錨一體機自身滾筒斜切進刀2m調一次機的方法（共6次），將掘錨機機身從18°調整到90°，完成拐彎第二步施工，完成1#機的直角拐彎。

圖2 1#機拐彎調機與截割方法

掘錨機拐彎期間充分利用掘錨機擺動機尾（30°）的特性，產生的煤矸通過掘錨機自帶的刮板輸送機進入錨桿臺車受料斗，經橋式轉載機進入膠帶巷帶式輸送機。

2.2 2#機拐彎進切眼施工工藝

1#機拐彎進切眼后，沿切眼內的激光偏中線向前掘進，切眼掘進19m后，1#、2#機轉載點無法搭接時，將錨桿臺車沿膠帶巷布置，其中錨桿臺車橋式轉載機與膠帶巷帶式輸送機機尾搭接，在錨桿臺車和掘錨機之間敷設一部SGB-630/150刮板輸送機，刮板輸送機機頭與錨桿臺車收料斗搭接形成運煤系統。

圖3 1#機拐彎掘進期間設備布置

圖4 1#機拐彎后切眼掘進19-80米段設備布置

切眼掘進80m后（具備帶式輸送機敷設距離），拆除2#機后配套的橋式轉載機和切眼內刮板輸送機，把2#機單機開進切眼，完成2#機的直角拐彎。

2.3 快掘裝備聯機前施工工藝

1#進入切眼后，1#、2#機轉載點無法搭接時，將錨桿臺車沿膠帶巷布置，其中錨桿臺車橋式轉載機與膠帶巷帶式輸送機機尾搭接，在錨桿臺車和掘錨機之間敷設一部SGB-630/150刮板輸送機，刮板輸送機機頭與錨桿臺車收料斗搭接，形成1#機→刮板輸送機→2#機→皮帶的完整運輸系統；通過1#機截割、支護配合人工接溜槽延長SGB-630/150刮板輸送機的工藝，繼續(xù)掘進80m達到安裝膠帶輸送機長度時，拆除1#機機身后刮板輸送機，在切眼內安裝一部DSJ-100/120/200膠帶輸送機，并將快掘裝備配套的橋式轉載機跨在膠帶輸送機機尾跑道上，恢復轉載機和2#機的連接。此時，快掘成套裝備全部進入切眼完成了快掘設備直角拐彎的全部工藝。設備都到位后，完善快掘裝備的通訊線纜、冷卻噴霧、聯機調試，達到設備技術要求，完成正常的全工序掘進施工作業(yè)。

2.4 大斷面三角區(qū)加強支護措施

圖5 1#、2#機拐彎后掘錨一體機全工序作業(yè)設備布置

圖6 掘錨一體機拐彎施工岔口支護

由于順槽與切眼交叉口以及拐彎三角區(qū)頂板暴露面積大，為此我們在原有錨索支護的基礎上，補打錨索加強支護，對岔口區(qū)域順槽巷道進行加強支護，頂部錨索4-4布置，間排距為1150×1800mm，錨索規(guī)格為φ21.6×8250mm高強度低松弛預應力鋼絞線，同時在原之后的基礎上頂部每根錨桿增加1塊鋼護板（450×280×5mm）。切眼開口前，提前采用φ21.6×8250mm錨索配合異形鋼板梁距幫300mm處打設鎖口梁，錨索間距1150mm。切眼拐彎期間頂部采用φ22×2200mm錨桿，間排距為900mm，每根錨桿配套使用1塊鋼護板（450×280×5mm），頂板網片采用φ5mm鋼筋網，錨索采用φ21.6×8250mm錨索配合異形鋼板梁，錨索間排距為1150×1800mm。

3 技術、經濟效益分析

（1）切眼拐彎設計頂板跨度14m，本次使用掘錨一體機進行切眼拐彎，實際頂板跨度為11.6m，完成了小跨度直角拐彎，提高了頂板管理安全系數。

（2）利用掘錨一體機自帶刮板輸送機擺動機尾的優(yōu)勢，在切眼開口拐彎期間產生的煤矸通過錨桿臺車經配套的橋式轉載機進入膠帶巷帶式輸送機，完成煤矸連續(xù)運輸，杜絕了以往綜掘機拐彎期間，使用鏟車出煤造成施工現場混亂、人車交叉作業(yè)、巷道內車輛尾氣超限等問題。

（3）掘錨一體機直角拐彎與綜掘機相比，綜掘機前19m施工用時4天，掘錨一體機前19m施工用時2.5天，相比綜掘機施工工期提前1.5天，施工效率明顯提高。

（4）掘錨一體機拐彎期間產生的煤矸為連續(xù)運輸，相比綜掘機非連續(xù)運輸，現場文明衛(wèi)生明顯提高，大大降低了勞動強度，在提高效率出同時能夠極大的改善現場作業(yè)環(huán)。

（5）通過人機配合，提高了拐彎巷道的成型質量。

（6）為掘錨一體快掘成套裝備的推廣起到積極作用。

圖7 設備生產廠家提供切眼施工方案

4 結語

（1）王家?guī)X煤礦采用掘錨一體機小半徑直角拐彎施工切眼，巷道成型好，掘進速度快，達到掘錨一體，使頂板暴露時間短，保持了頂板完整性，支護效果較好，減少后期回采面接替時間段對巷道的維護，工程質量得到保障。

（2）本次掘錨一體機小半徑直角拐彎的成功，對探討和改進切眼施工新工藝、新技術，找出一條更加合理的施工方案，為我礦今后其他切眼施以順槽巷道施工調車硐室提供了科學依據。