土城礦大傾角負坡綜掘技術研究與應用

陳宇滿

（貴州盤江精煤股份有限公司土城礦，貴州 六盤水 553537）

伴隨著綜采的發展，綜合機械化掘進技術應運而生。綜掘技術與裝備的快速發展，又推動了綜采技術的進一步發展。巷道掘進的起始階段主要以鉆爆工藝施工為主，后來逐漸形成了以掘進機為主的綜合機械化掘進工藝。隨著科學技術的發展和礦山安全生產實際，針對一些聯絡巷、回風繞道、切眼和一些上下山巷道等大傾角巷道，大部分巷道還停留在鉆爆施工和間斷出渣的低速度、低工效、高成本狀態，再繼續采用鉆爆工藝施工將大大影響掘進效率，在煤礦安全生產水平大幅度提高的今天，鉆爆工藝施工已經無法滿足安全生產的要求。因此，研究大傾角負坡掘進技術能夠促進礦井安全生產可持續發展，使之適應煤礦生產發展要求，降低勞動強度，降低安全投入成本，達到在適合的環境下最安全、高進尺、高質量、低成本施工。

1 背景

土城礦位于貴州省盤州市柏果鎮，屬盤江精煤股份有限公司所轄。主要可采集局部可采煤層為1、3、5、6、9、12、13、15、16、17、18號煤層，煤層傾角為12°～25°，煤層總厚度25.5 m，含煤系數8.8%。礦井采用平硐+斜井綜合開拓，單水平上下山分區式開采。

采面走向布置在500～1 300 m，每個采面回采巷道施工須投入2～3個掘進隊組施工，每個采面布置均須設置兩條回風繞道和一個切眼，而回風繞道和切眼掘進均采用鉆爆工藝施工的方式掘進，掘進效率低下，工人勞動強度大，掘進成本高，且形成通風系統緩慢，對大系統影響較大，不利于安全管理。

圖1 150314采面巷道布置示意圖

土城礦現有的煤巷掘進綜掘機主要以EBZ-160型綜掘機為主，該綜掘機整機尺寸：長×寬×高=9.2 m×2.9 m×1.8 m；功率：截割部160/100 kW，油泵電機90 kW，轉載皮帶15 kW；臥底深度：300 mm；可截割/經濟截割巖石單向抗壓強度80/60 MPa；適應巷道坡度±18°。

土城礦煤層傾角為12°～25°，其中21采區19°～21°，13采區12°～18°，14采區20°～24°，15采區及15延深22°～25°。根據EBZ-160型綜掘機適應巷道坡度為±18°，則符合要求的采區只有13采區。

針對上述存在問題，有必要開展土城礦大傾角負坡綜掘技術研究，采用大傾角綜掘機掘進技術，對一些聯絡巷、回風繞道、切眼和一些上下山巷道等大傾角巷道采用綜掘機掘進，從技術和管理的層面提高掘進效率，減少工人勞動強度，降低掘進成本，快速形成通風系統，保障礦井安全生產。

2 大傾角負坡綜掘技術分析

以土城礦150314采面工作面巷道工程為例，150314回風巷及回風繞道1 550 m已掘進到位，150314底抽巷及切眼底抽巷已掘進到位（控制運輸巷及切眼穿層鉆孔已提前施工到位），150314運輸巷及回風繞道1 568 m未掘，150314切眼159 m未掘，150314回風巷先運輸巷掘進到位，為保證采面提前貫通形成系統，擬對切眼進行反掘，利用兩個掘進隊組對巷道進行施工，考慮采掘接替和掘進效率，礦研究決定對切眼反掘采用EBZ-160型綜掘機進行掘進。

2.1 工作面基本情況（含瓦斯治理情況、地質條件等）

150314切眼反掘工作面，設計長度為159 m，煤層傾角-23°～-25°，平均煤層傾角-24°，煤厚2.6 m。

鄰近煤層及采掘情況，本工作面沿3號煤層掘進，上覆1號煤層，未采，煤厚0.6 m，與3號煤層法向距離15 m；下伏5號煤層，未采，煤厚2.4 m，與3號煤層法向距離14.8 m。

工作面瓦斯治理情況，本工作面回風巷采用沿空留巷，沿150312運輸巷小煤柱掘進，留2.5 m小煤柱掘進，工作面每推進50 m至少進行2次區域驗證（在地質復雜區域每推進30 m至少進行2次區域驗證）；運輸巷及切眼采用施工底板抽放巷，通過底板抽放巷施工穿層鉆孔預抽煤巷條帶瓦斯作為治理方案，掘進過程中做好連續區域驗證，同時在構造破壞帶、應力集中區域必須連續進行區域驗證；掘進工作面在區域驗證無突出危險后，再在工作面施工1個超前距為15 m的超前鉆孔，探測地質構造和觀察突出預兆，預留10 m超前距，方可掘進，每次驗證保留3 m超前距；當區域驗證為無突出危險時，應當采取安全防護措施后進行采掘作業，但若為采掘工作面首次進行區域驗證時，采掘前應當保留足夠的突出預測超前距，只要有一次區域驗證為有突出危險性，則該區域以后的采掘作業前必須采取區域或者局部綜合防突措施。

工作面地質條件，根據上區段15312運輸巷實見斷層分析，預計本工作面將會遇到1條落差為1.5 m的逆斷層，對工作面頂板管理和瓦斯管理有一定的影響，掘進期間須做好先探后掘工作（加強對煤層的探測）及過斷層期間頂板管理和瓦斯管理工作；根據勘探地質資料和3號煤層回采資料可知，本工作面無影響掘進的褶皺、陷落柱、巖漿侵入體等其他構造；本工作面直接頂為淺灰色細砂巖，層厚3.8～4 m，硬度f=4.1，老頂為淺灰色粉砂巖，層厚5.1 m，硬度f=3.5，直接底為厚1.4 m的灰色泥質粉砂巖，巖體松軟、節理不發育，含植物化石，硬度f=3.1～5；本工作面上覆、下伏無采空區，掘進范圍無小窯開采，地表為山坡地形為主，溝谷較多，無常年河流，水主要來源于大氣降水，大氣降水主要順裂隙滲入工作面，預計涌水量3～5 m3/h。

2.2 礦成立150314切眼反掘掘進工作管理小組

礦成立以采煤礦長為組長、采掘副總為副組長的工作管理小組，采區成立以掘進副區長為現場負責人，掘進工作經驗豐富的掘一隊作為施工隊伍，對150314切眼反掘掘進規程、措施審批以及現場施工等各環節進行實時管控，對出現和存在隱患及問題及時跟蹤解決，確保150314切眼反掘工作面安全順利掘進。

（1）解決人的因素。首先，對管理人員和施工人員素質進行培訓。選擇合適的基層管理人員，要求具有較高的技術水平、組織能力、管理能力、培訓能力，組織其參與掘進作業規程和相關措施以及相關規章制度編制、貫徹學習，使其既幫助完善作業規程和相關措施以及相關規章制度，又熟練掌握施工過程中各關鍵環節，從而杜絕生產工藝不合理、不完善等帶來的安全生產隱患，并通過現場進行管理的過程中隨時對作業規程和相關措施以及相關規章制度進行修訂，徹底完善作業規程和相關措施以及相關規章制度；選擇合適的施工隊伍，要求有基本的受教育程度、技術熟練程度，并在掘進施工工藝方面有一定的安全教育程度，有一定的安全生產積極性，同時配齊各工種、分工明確，組織全體施工隊伍對作業規程和相關措施以及相關規章制度進行學習，使每個人均掌握自己所在崗位的每一道工序及要求，培訓各工種分工明確、密切配合的團隊精神，隊伍中盡量培養部分“多面手”（熟練掌握各工種施工工序的技能型人才）。

其次，施工組織形式。建立健全以崗位責任制為中心的各項管理制度；完善單軌吊等輔助運輸系統，減少人工勞動強度；科學地施工組織，編制合理高效的循環圖表、優化勞動組織，合理選擇施工作業方式和循環方式，在保證安全的前提下多工序平行作業；改善施工工藝，改善施工環境，確保安全生產。現場管理過程中，通過基本管理制度、合理的施工方法和科學的施工組織，確保作業規程和相關措施以及相關規章制度落實到實處，保證巷道安全、快速、有序掘進。

（2）解決機械設備和生產技術因素。首先，每班對施工的機械設備（綜掘機、錨桿機、風煤鉆、膠帶輸送機、刮板輸送機及開關等設備）進行檢修，給操作司機留夠足夠的檢修時間，確保在施工過程中機械設備不出問題。其次，保證現場生產技術。現場使用綜掘機割煤的過程中必須確保巷道成形，鋼筋網必須排列整齊、搭接符合標準，錨桿、錨索必須按作業規程要求嚴格安裝，錨固劑使用合理，減少工程質量差等問題而重復施工影響安全快速掘進。

（3）解決施工地點的環境因素。首先，解決人的因素。著重解決人的隨意性，解決堆放材料和雜物時的隨意性，按要求碼放材料和雜物；解決設備安設的隨意性，保證設備安設合理，方便設備使用和遷移；解決施工操作的隨性，不違章操作；安排合理時間，保持施工人員良好的施工狀態。其次，解決現場環境因素。根絕現場礦壓情況，尤其在過斷層期間，隨時進行補強支護，確保巷道支護滿足要求；施工好積水坑抽水，確保負坡掘進巷道不積水；使用好綜掘機內外噴霧和轉載點噴霧，治好粉塵，確保空氣質量和空氣可見度，減少安全隱患；搞好巷道文明生產，減少巷道淤泥積水，確保巷道安全、有序生產。

2.3 掘進關鍵環節控制

150314切眼反掘工作面-24°掘進，掘進傾角遠遠大于綜掘機適應坡度，掘進過程中必須嚴格管控治水、割煤及退綜掘機等關鍵環節，確保巷道安全、快速掘進。

（1）巷道治水：由于工作面負坡掘進，巷道裂隙水和生產用水會積存到工作面迎頭，所以工作面安設一臺2.2 kW潛水泵作工作水泵，備設一臺5.5 kW潛水泵做備用，安設4吋排水管；同時在綜掘機后方和切眼上口挖設截水坑，在工作面迎頭安設風泵將積水引進截水坑抽走。

（2）綜掘機割煤：由于巷道負坡掘進且掘進傾角遠遠大于綜掘機適應坡度，故掘進過程中的截割工藝不一樣，每循環割煤須先掃底將底板往下臥0.6～0.8 m深，再由巷道下部開始截割，依次截割掃完整個斷面；由于每循環進度為2.7 m，而綜掘機刨頭截割深度為0.8 m，因此，每循環進尺須割煤四個小循環，割煤期間須做好站崗撤人工作，在割煤結束前嚴禁人員進入工作面，確保割煤安全。

圖2 150314掘進巷道施工工藝示意圖

（3）退綜掘機：由于巷道傾角過大，每循環割煤后導致巷道高度達不到設計高度，因此在每循環支護結束后須對巷道進行掃底；采用人工鋪設2 m長的工字鋼或道木，間距為1 m，確保退綜掘機過程中綜掘機不下溜、不下滑，然后掃底達到工作面迎頭，使巷道高度達到設計要求。退綜掘機過程中必須由班隊長及以上管理人員專人指揮，確保鋪設工字鋼或道木期間人員安全，動綜掘機過程中必須撤好人員。

（4）防塵：綜掘機使用好內外噴霧，同時在后方配全斷面噴幕防塵，各轉載點使用好噴霧裝置。

3 工作面掘進效果分析

通過150314切眼反掘工作面掘進，巷道由原來的炮掘每班進尺1.5 m變為每班進尺2.7 m，同樣一支掘進隊伍，使巷道至少提前15 d施工到位；同時礦根據150314切眼反掘工作面大傾角負坡掘進實際演練，在現有設備和技術的基礎上，從技術和管理的層面上總結出一套完整的大傾角負坡綜掘掘進技術體系，培養一部分管理人才和一支適應大傾角負坡綜掘的掘進隊伍，為今后大傾角巷道負坡綜掘掘進打下堅實的基礎。

4 結語

提出的巷道掘進技術，將為大傾角巷道掘進開創有效、經濟、快速的掘進方法，提高掘進效率，減少工人勞動強度，降低掘進成本，快速形成通風系統，達到安全高效生產。該技術在土城礦150314切眼反掘工作面掘進過程中取得了顯著的成績，得到如下結論：

（1）從作業規程和措施上出發，通過優化設計、優化負坡掘進施工工藝、優化施工流程，使其滿足現場安全生產的要求。

（2）從管理上出發，加強管理人員和施工隊伍人員素質培訓，培養分工明確、密切配合的團隊精神，提高優化現場施工組織、優化管理關鍵環節，嚴格控制現場施工工藝和施工流程，確保大傾角負坡綜掘技術在現場落實兌現。

（3）巷道掘進速度提高到原來的1.8倍，大大提高了巷道掘進效率。