崔旭芳

(山西潞安集團(tuán)李村煤礦，山西 長(zhǎng)治 046204)

常村煤礦掘錨機(jī)快速成巷技術(shù)研究

崔旭芳

(山西潞安集團(tuán)李村煤礦，山西 長(zhǎng)治 046204)

為實(shí)現(xiàn)掘錨機(jī)在常村煤礦S6-8軌道順槽高瓦斯厚煤層復(fù)雜地質(zhì)條件下的快速成巷，改進(jìn)了掘錨機(jī)的臨時(shí)支護(hù)裝置，制定了快速成巷中瓦斯治理措施，確定了合理的支護(hù)參數(shù)。并針對(duì)巷道底板傾斜和煤壁片幫這2種影響掘進(jìn)進(jìn)尺速度的因素，對(duì)施工工藝進(jìn)行了優(yōu)化。應(yīng)用效果表明：掘錨機(jī)施工期間，日均進(jìn)尺增加到20 m/d，工效提高到0.44 m/工，極大提高了常村煤礦煤巷掘進(jìn)速度，有效緩解了礦井采掘接替緊張的局面。

掘錨機(jī) 臨時(shí)支護(hù)裝置 瓦斯治理 巷道支護(hù) 工藝優(yōu)化

近年來(lái)，隨著掘進(jìn)機(jī)等機(jī)械設(shè)備在巷道掘進(jìn)過(guò)程中的推廣應(yīng)用，煤巷掘進(jìn)機(jī)械化水平顯著提高[1]。然而掘進(jìn)機(jī)只具有單一的掘進(jìn)功能，造成在煤巷綜掘施工中掘進(jìn)與支護(hù)工序相互分離。掘錨機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)掘錨同步施工，并且通過(guò)高阻力的臨時(shí)支護(hù)和及時(shí)、可靠的永久支護(hù)來(lái)保證巷道施工安全[2-4]。在我國(guó)神東、兗州等煤層賦存條件較好、地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的礦區(qū)，掘錨機(jī)已經(jīng)得到大量應(yīng)用，有效解決了礦井采掘接替緊張的局面[5-6]。但是，掘錨機(jī)組在高瓦斯、厚煤層、托頂煤、高應(yīng)力等復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用還較少[7-9]，沒(méi)有形成系統(tǒng)的研究成果來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。鑒于此，筆者以山西潞安集團(tuán)常村煤礦S6-8軌道順槽為工程背景，對(duì)掘錨機(jī)在高瓦斯厚煤層中快速成巷技術(shù)進(jìn)行研究。

1 工程地質(zhì)條件

試驗(yàn)巷道為山西潞安集團(tuán)常村煤礦S6-8軌道順槽，其位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 巷道位置關(guān)系

S6-8軌道順槽沿煤層底板掘進(jìn)，巷道掘進(jìn)寬5.2 m，高3.5 m，掘進(jìn)斷面為18.2 m2。巷道總長(zhǎng)度為1 588.5 m，埋深約為420 m。試驗(yàn)巷道所在常村煤礦S6采區(qū)，煤層厚度為5.78～5.85 m，平均厚度為5.81m，含平均厚度為0.3 m的夾矸1層，煤層普氏系數(shù)f=1.5～2。瓦斯相對(duì)涌出量為5.27 m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為70.23 m3/min。根據(jù)井下鉆孔揭露，煤層老頂為粉砂巖、平均厚度3.41 m，直接頂為泥巖、平均厚度2.33 m，直接底為泥巖、平均厚度1.15 m，老底為細(xì)砂巖、平均厚度1.79 m。

由于常村煤礦煤巷采用普通綜掘機(jī)施工，掘進(jìn)與支護(hù)不能平行作業(yè)，加之S6-8軌道順槽圍巖工程條件復(fù)雜，制約了巷道掘進(jìn)速度的提高，造成了礦井采掘接替緊張。為解決這一問(wèn)題，常村煤礦引進(jìn)MB670掘錨機(jī)以提高巷道掘進(jìn)施工速度。但是，由于MB670掘錨機(jī)施工的巷道斷面大，在高瓦斯、高應(yīng)力、托頂煤等復(fù)雜地質(zhì)條件下應(yīng)用時(shí)，巷道易發(fā)生圍巖離層冒落、片幫及瓦斯超限甚至突出等問(wèn)題，使機(jī)組掘錨同步作業(yè)的優(yōu)勢(shì)得不到充分發(fā)揮，限制了掘錨機(jī)的推廣應(yīng)用。因此，根據(jù)常村煤礦的現(xiàn)場(chǎng)條件，改造了掘錨機(jī)臨時(shí)支護(hù)裝置，設(shè)計(jì)了巷道瓦斯治理及支護(hù)方案，并針對(duì)影響進(jìn)尺速度的因素優(yōu)化了S6-8軌道順槽施工工藝，使掘錨機(jī)組更好地適應(yīng)高瓦斯、大斷面、托頂煤等復(fù)雜圍巖條件。

2 掘錨機(jī)臨時(shí)支護(hù)裝置改進(jìn)

S6-8軌道順槽所在煤層地質(zhì)條件復(fù)雜，掘進(jìn)工作面迎頭空頂區(qū)煤層保持自穩(wěn)時(shí)間短、允許暴露面積小。而掘錨機(jī)自帶的臨時(shí)液壓頂篷的支護(hù)面積較小，且控頂距偏大，不能有效支護(hù)住前方空頂區(qū)的煤層，存在發(fā)生冒頂或迎頭煤壁崩落的危險(xiǎn)。因此改造掘錨機(jī)組臨時(shí)支護(hù)裝置，以增大臨時(shí)支護(hù)面積、減小控頂距來(lái)保證頂板安全穩(wěn)定，提高掘錨機(jī)組對(duì)常村煤礦復(fù)雜地質(zhì)條件的適應(yīng)性。

改造后的頂板支護(hù)是由千斤頂、銷子、臨時(shí)頂板支護(hù)和耳子組成。將千斤頂一端的接頭插入原來(lái)液壓頂篷的耳子中，然后用銷子穿上并固緊，使兩者鉸接在一起。將千斤頂另一端的接頭插入增設(shè)的臨時(shí)支護(hù)頂板的耳子中，然后用銷子穿上并固緊，使兩者鉸接在一起。增設(shè)的支護(hù)裝置頂板的寬度為500 mm，長(zhǎng)度為1 500 mm，使臨時(shí)支護(hù)的面積增加0.75 m2。在掘錨機(jī)上引出2趟液壓管路以提供動(dòng)力，使用液壓千斤頂來(lái)控制臨時(shí)支護(hù)頂板的收放。掘錨機(jī)臨時(shí)支護(hù)裝置改造見(jiàn)圖2所示。

(a)裝置改造俯視圖

(b)裝置改造側(cè)視圖

3 掘錨機(jī)快速成巷瓦斯治理

(1)加大供風(fēng)量。安裝大功率通風(fēng)機(jī)：采用大功率風(fēng)機(jī)來(lái)加大供風(fēng)量，在一定程度上可稀釋S6-8軌道順槽工作面瓦斯?jié)舛取２贾秒p路局部通風(fēng)機(jī)：當(dāng)巷道的瓦斯涌出量較大，1臺(tái)通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量不能滿足巷道的通風(fēng)要求時(shí)，可以采用雙路通風(fēng)機(jī)，加大巷道的供風(fēng)量，防止瓦斯超限的發(fā)生。

(2)掘進(jìn)期間執(zhí)行循環(huán)前探鉆孔。在S6-8軌道順槽瓦斯涌出異常時(shí)，在迎頭施工瓦斯釋放孔，每次布置3個(gè)，深度不小于50 m，用來(lái)減少瓦斯壓力及瓦斯含量。為解決空間不足，鉆機(jī)難以運(yùn)到迎頭的問(wèn)題，在迎頭后方15 m處施工1個(gè)毛硐，將鉆機(jī)先放進(jìn)去，然后將掘錨機(jī)退至15 m以外，取出鉆機(jī)打鉆，打完鉆后，鉆機(jī)放回毛硐，掘錨機(jī)再進(jìn)入迎頭。

(3)巷幫抽放瓦斯技術(shù)。在S6-8軌道順槽中通過(guò)巷幫抽放瓦斯技術(shù)邊掘邊抽來(lái)降低煤層的瓦斯含量和瓦斯涌出量。具體施工方式：① 鉆場(chǎng)，在巷道前進(jìn)方向右側(cè)巷幫每隔80 m開(kāi)設(shè)一鉆場(chǎng)，深×寬×高=3.5 m×5.0 m×3.2 m；② 鉆孔，每鉆場(chǎng)中施工6個(gè)順層抽放鉆孔，孔徑89 mm，孔深100 m，鉆孔搭接長(zhǎng)度不小于10 m，鉆孔水平間距1 m，垂直間距0.5 m，距煤層底板1 m，距巷幫2.4 m。鉆場(chǎng)及鉆孔布置如圖3所示。

圖3 邊掘邊抽鉆場(chǎng)及鉆孔布置示意(單位：m)

4 支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)及施工工藝優(yōu)化

4.1 支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

S6-8軌道順槽采用樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，具體支護(hù)參數(shù)如下。

(1)頂板支護(hù)。采用頂錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+鋼筋梯子梁支護(hù)。頂板錨桿為φ22 mm×2 000 mm高預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿，采用2支MSCK2350樹(shù)脂錨固劑。每排6根錨桿，每排以巷道中線對(duì)稱布置，間排距(900～1 000) mm×800 mm，自巷道頂板中間到幫部的3根錨桿與垂直方向的夾角分別為10°、5°、15°，錨桿預(yù)緊力60 kN,錨固力120 kN。錨索規(guī)格φ22 mm×7 300 mm，采用3支MSCK2350樹(shù)脂錨固劑。錨索每排2根，間排距2 000 mm×1 600 mm，錨索預(yù)應(yīng)力250 kN,錨固力300 kN。網(wǎng)片規(guī)格5 200 mm×900 mm，網(wǎng)孔規(guī)格50 mm×50 mm。φ18 mm雙鋼筋梯子梁，規(guī)格4 900 mm×98 mm。

(2)巷幫支護(hù)。采用幫錨桿+金屬網(wǎng)+鋼筋梯子梁支護(hù)。幫錨桿規(guī)格同頂錨桿，每排4根，間排距900 mm×800 mm，自上而下錨桿與水平方向夾角分別為25°、0°，25°、15°，錨桿預(yù)應(yīng)力為60 kN，錨固力為120 kN，采用2支MSZ2350樹(shù)脂錨固劑。網(wǎng)孔規(guī)格30 mm×30 mm。幫上部2 500 mm×1 300 mm，幫下部網(wǎng)4 000 mm×1 000 mm。上面3根錨桿鋪一片網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格2 400 mm×900 mm，幫梁規(guī)格2 100 mm×98 mm。最下1排錨桿(4根一組)單獨(dú)鋪一片網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格2 500 mm×1 200 mm，幫梁規(guī)格為2 700 mm×98 mm。

S6-8軌道順槽具體支護(hù)參數(shù)見(jiàn)圖4所示，金屬網(wǎng)未在圖中反映。

(a)巷道頂板支護(hù)

(b)巷道幫部支護(hù)

(c)巷道支護(hù)斷面圖

4.2 施工工藝優(yōu)化

(1)S6-8軌道順槽施工工藝流程。采用MB670掘錨機(jī)快速成巷施工總體工藝流程：交接班→安全檢查(頂?shù)装?、兩幫、瓦斯、工程質(zhì)量、探頭位置等)→切割(出貨)→安全檢查(頂?shù)装濉蓭?、瓦斯、工程質(zhì)量、探頭位置等)→頂板、巷幫永久支護(hù)→修整底板→進(jìn)入下一循環(huán)。具體如圖5所示。

圖5 掘錨機(jī)作業(yè)流程

(2)巷道底板傾斜和片幫問(wèn)題處理的技術(shù)工藝措施。由于掘錨機(jī)在常村煤礦S6-8軌道順槽掘進(jìn)過(guò)程中，巷道進(jìn)尺速度受到巷道底板傾斜和煤壁片幫這2種因素影響,不能充分發(fā)揮掘錨機(jī)快速成巷的優(yōu)勢(shì)。為保證巷道的安全快速施工，需采取一定技術(shù)措施，對(duì)其施工工藝進(jìn)行優(yōu)化。

巷道底板傾斜處理技術(shù)工藝措施：①人工幫破底掘進(jìn)，各司機(jī)割煤時(shí)風(fēng)筒后支撐完全伸展，最大限度保證機(jī)身水平，改善巷道的左右傾斜情況；②截割頭多次回拉，割煤時(shí)截割頭要前后多次回拉，改善巷道底板的平整狀況，改善機(jī)尾拖移困難的局面；③掘錨機(jī)拖機(jī)尾，當(dāng)連運(yùn)車拖移機(jī)尾存在牽引力不足等困難時(shí)，使用掘錨機(jī)退機(jī)作業(yè)來(lái)拖移。

巷道煤壁片幫處理技術(shù)工藝措施：①巷道進(jìn)行破底施工，破底掘進(jìn)后，巷道底板可大致水平，右?guī)偷氖芰顟B(tài)得到改善，片幫可得到改善；②設(shè)置防片幫裝置，當(dāng)巷道進(jìn)行破底施工后，巷道的片幫情況仍然較嚴(yán)重時(shí)，可以使用防片幫裝置進(jìn)行超前臨時(shí)支護(hù)，以防幫部圍巖條件惡化；③煤體注水，如果巷道水平掘進(jìn)后，右?guī)推瑤同F(xiàn)象仍比較嚴(yán)重，可以考慮向煤層注水，來(lái)改變煤體性質(zhì)，增強(qiáng)煤體的塑形變形，降低煤壁壓力。

5 應(yīng)用效果分析

(1)掘錨機(jī)組在常村煤礦得到了成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了煤巷的快速掘進(jìn)，提高了掘進(jìn)工效。在對(duì)掘錨機(jī)臨時(shí)支護(hù)裝置改進(jìn)及施工工藝進(jìn)行優(yōu)化后，掘錨機(jī)使日進(jìn)尺由10 m/d增加至20 m/d，工效由0.22 m/工提高到0.44 m/工。巷道具體進(jìn)尺情況如圖6所示。

圖6 巷道進(jìn)尺情況

(2)經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著。原常村礦綜掘機(jī)每月施工300 m，而掘錨機(jī)組每月施工可達(dá)600 m，可多產(chǎn)原煤9.17萬(wàn)t/a，單臺(tái)錨桿機(jī)組可增加經(jīng)濟(jì)效益1 375.92萬(wàn)元/a，并且可節(jié)約人工費(fèi)214萬(wàn)元/a，增收節(jié)支總額達(dá)1 589.92萬(wàn)元/a。在取得顯著經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也為以后高瓦斯厚煤層掘錨機(jī)快速成巷的應(yīng)用提供了良好的借鑒。

6 結(jié) 論

(1)針對(duì)常村煤礦S6-8軌道順槽的具體地質(zhì)條件，對(duì)掘錨機(jī)臨時(shí)支護(hù)裝置-液壓頂篷進(jìn)行了針對(duì)性改造，提高了掘錨機(jī)對(duì)施工巷道的適應(yīng)性，更好地保證了掘錨機(jī)施工時(shí)巷道安全生產(chǎn)。

(2)采取了加大供風(fēng)量、掘進(jìn)期間執(zhí)行循環(huán)前探鉆孔、巷幫抽放瓦斯等技術(shù)措施，綜合治理掘錨機(jī)快速成巷中瓦斯問(wèn)題。

(3)對(duì)S6-8軌道順槽采取樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固錨桿錨索組合支護(hù)方式，針對(duì)巷道底板傾斜和煤壁片幫這2種影響掘進(jìn)進(jìn)尺速度的因素，采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施，優(yōu)化施工工藝，保證了巷道的安全快速施工。

(4)掘錨機(jī)施工期間，日進(jìn)尺增加到20 m/d，工效提高到0.44 m/工，大大地提高了常村煤礦煤巷掘進(jìn)速度，緩解了采掘接替緊張；增收節(jié)支總額達(dá)1 589.92萬(wàn)元/a，經(jīng)濟(jì)效益顯著，同時(shí)提高了復(fù)雜條件下巷道快速掘進(jìn)水平，為以后高瓦斯厚煤層掘錨機(jī)快速成巷的應(yīng)用提供了良好的借鑒。

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(責(zé)任編輯 石海林)

ResearchonTechnologyofDrivingAnchorMachineQuickTunnelinginChangcunCoalMine

Cui Xufang

(ShanxiLicunCoalMineofLu′anGroup，Changzhi046204，China)

In order to achieve driving anchor machine quick tunneling of S6-8 tail entry in Changcun Coal Mine with complicated geological conditions of high gas and thick coal seam，the temporary supporting device of driving anchor machine was improved，and gas control measures under quick tunneling were proposed to determine reasonable support parameters.Considering two factors affecting the excavation speed such as floor inclination and coal wall caving，the construction process was optimized.The application results showed that during the construction period，the driving anchor machine increased the tunneling footage to 20 m/d，and work efficiency to 0.44 m per man.These greatly improved the tunneling speed of coal roadway in Changcun Coal Mine and effectively alleviated the tensive situation of the relay between mining and tunneling.

Driving anchor machine，Temporary supporting device，Gas control，Roadway support，Process optimization

2014-08-24

崔旭芳(1974—)，男，礦長(zhǎng)，高級(jí)工程師。

TD823

A

1001-1250(2014)-12-057-04