高應力大傾角切眼綜掘施工工藝優化

蘇澤明

（山西省汾西礦業（集團）有限責任公司雙柳煤礦， 山西 柳林 033300）

0 引言

埋藏深度較大且傾角超過25°的巷道普遍采用炮掘小斷面切眼后刷擴巷幫方式，雖然可滿足掘進施工需求，但普遍存在施工效率偏低、工作人員勞動強度大以及掘進對圍巖擾動大等問題，導致圍巖成型效果不佳、支護難度大等問題[1-3]。綜掘方式具有機械化程度高、掘進效率高等優點，是實現巷道快速掘進的主要技術途徑[4-5]。將綜掘方式應用到高應力大傾角巷道施工中可明顯提升巷道掘進效率[6]。山西某礦31302 工作面切眼采用EBZ230 綜掘機掘進以期提升掘進效率，文中就綜掘機在高應力大傾角切眼中應用存在問題進行分析，并針對掘進工藝進行優化，以期能在一定程度提升高應力大傾角巷道掘進效率，提升煤炭生產效率。

1 31302 工作面概況及綜掘存在問題

1.1 31302 工作面概況

31302 工作面回采的13 號煤層埋深680 m，回采的13 號煤層厚度4.1 m，傾角23°～28°，采面設計推進長度980 m、切眼斜長為182 m。13 號煤有厚度0～0.5 m 的泥巖偽頂；直接頂為石灰巖、厚度2.63 m；基本頂為砂質泥巖、厚度8.32 m。底板為泥巖、砂巖及石灰巖。切眼沿13 號煤底板掘進，矩形斷面（凈寬7.7 m、凈高4.0 m），采用先掘進小斷面巷道后刷擴巷幫方式，首先掘進寬度4.0 m、刷擴寬度3.7 m。采用錨網索支護工藝，如圖1 所示。錨桿、錨索間排距分別為1 000 mm、1 000 mm，2 000 mm、2 500 mm，中部布置的木點柱按照3 000 mm×3 000 mm 間排距布置。

圖1 切眼支護斷面示意圖（單位：mm）

1.2 綜掘存在問題分析

31302 工作面切眼采用EBZ-230 綜掘機掘進，具體使用的掘進機技術參數如表1 所示。在采用綜掘機過程中主要面臨片幫嚴重、掘進機溫度性能差以及運輸困難等問題，具體表現為：

表1 綜掘機技術參數

1）在大傾角巷道中掘進時，掘進迎頭位置頂板出現一定程度片幫；

2）巷道坡底傾角介于23°～28°，坡度超過綜掘機最大坡度，加之在掘進過程中冷卻水及噴霧導致底板有一定積水，導致綜掘機在掘進期間出現行走困難；

3）傾角大掘進期間容易出現飛矸傷人問題；

4）物料運輸困難，施工人員現場工作時存在勞動強度大以及效率不高等問題。

2 綜掘工藝優化

根據31302 工作面切眼掘進現場情況，從片幫防護、掘進優化以及引進大傾角運輸設備等方面出發，對高應力大傾角切眼掘進工藝進行改進優化[7-8]。

2.1 引進防片幫裝置

切眼開挖后及時前移臨時支護前探梁并固定防滑鏈；在前探梁前端安裝由防片幫裝置（鋼筋網制作），具體設備結構如圖2 所示，通過臨時支護提高掘進安全保障能力。在掘進迎頭用2 根錨桿壓一片鋼筋網（網片規格3 m×3 m）實現掘進區域金屬網全斷面封閉，避免后續支護期間出現片幫傷人問題。

圖2 防片幫裝置示意圖

2.2 優化掘進工藝

2.2.1 構建人造平臺

在綜掘機后方裝矸以便為綜掘機前移提供人造平臺，具體現場情況如圖3 所示。根據以往掘進經驗，布置的人造平臺長度超過13 m，坡度在12°以內即可滿足行走需要。在人造平臺上，綜掘機不會出現下滑問題，同時人造平臺便于綜掘機移動以及截割巷道下部斷面。

圖3 大傾角巷道綜掘設備布置示意圖

在綜掘機履帶上布置牽引油缸、鏈條（Φ265 mm），油缸兩端分別連接到錨桿、掘進機上，并通過液壓支架推移油缸，避免綜掘機停機期間下滑。油缸伸縮受綜掘機上液壓控制系統控制，控制手柄位于綜掘司機操作臺位置。當綜掘機停止運行時，伸縮油缸以便固定綜掘機機身；當出現爬坡困難時則收縮油缸給綜掘機提供一定牽引力。

2.2.2 截割路線優化

在大傾角巷道內掘進時，由于大傾角巷道底板與綜掘機間摩擦力小、加之巷道底板潮濕等導致綜掘機按照原有截割路線掘進時機身異常振動情況嚴重。根據以往掘進經驗，提出從由下及上、由左到右方式，在截割頭上提時會增大掘進機對底板壓力，避免出現打滑問題。

2.3 引進大傾角帶式輸送機運輸設備

針對大傾角巷道運輸困難且在運輸過程中容易出現傾倒或者灑矸等問題，引進適用于大傾角運輸的帶式輸送機。該帶式輸送機輸送帶類型為大包角、花紋輸送帶，輸送帶具備較大的摩擦系數，從而增加運輸過程中的摩擦阻力，避免出現運輸的煤矸滾動情況；同時大包角輸送帶減少了煤矸在輸送帶上攤鋪面積，可實現集中運輸；在機架上間隔24 m 布置防飛矸裝置，避免飛矸傷人；在機尾處布置防倒繩，避免在重載情況下帶式輸送機整體下滑。

2.4 優化物料及設備運輸方式

31302 工作面設計使用單吊軌運輸刮板輸送機，并在切眼施工期間在頂板上布置單軌吊梁。根據現場情況，提出采用單軌吊梁+14 t 液壓絞車+承載車方式進行物料運輸。在切眼靠近運輸巷位置施工絞車硐室（規格4.5 m×2.2 m×2.5 m），并采用4 根規格Φ22 mm×2 200 mm 地錨桿固定絞車。固定液壓絞車前應先清理并硬化巷道底板，在掘進機后方3～5 m 位置在施工錨桿并安裝導向輪（20 t），通過絞車牽引即可實現物料運輸。

3 結論

1）對于高地應力大傾角切眼掘進期間，若采用傳統的炮掘方式掘進，存在掘進效率低、工作人員勞動強度大以及掘進對頂底板擾動明顯等問題，加之斷面大導致圍巖支護難度明顯增大。為此，文中提出采用綜掘方式掘進31302 工作面切眼。

2）對31302 工作面切眼綜掘期間面臨的問題進行分析，并根據以往經驗以及現場技術情況，對綜掘工藝進行優化，具體措施包括有引進防片幫裝置強化迎頭支護，避免冒落煤矸石影響后續掘進；通過構建人工平臺降低掘進迎頭綜掘機布置傾角，為綜掘機截割工作高效開展創造良好條件；優化截割路線提高綜掘機截割穩定性；引進大傾角運輸設備實現煤矸運輸穩定，避免運輸期間出現煤矸滾動情況；優化物料及設備運輸方式，提高運輸效率。

3）31302 工作面切眼使用綜掘方式后，切眼掘進進尺可達到180 m/月，切眼耗時1 個月即完成掘進工作，期間綜掘機、運輸系統等始終保持穩定。而以往切眼采用炮掘方式掘進時耗時普遍在3 個月以上。通過在高應力大傾角切眼中使用綜掘方式，實現了快速安全掘進，為采面煤炭早日投產贏取了更多的時間。