劉磐　周榮章

摘 要：以榆林神華能源公司青龍寺煤礦首采工作面5-20101、5-20102回風(fēng)巷為研究對(duì)象，采用取樣分析及井下現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法，介紹了施工過程中存在困難及解決過程。對(duì)掘進(jìn)過程中頂幫穩(wěn)定性的控制、安全性、掘進(jìn)效率進(jìn)行對(duì)比分析，為應(yīng)用連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)半煤巖巷提供一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：連續(xù)采煤機(jī)；掘進(jìn)工藝；半煤巖巷；頂板穩(wěn)定；安全；效率

1 現(xiàn)狀

青龍寺煤礦分公司隸屬于榆林神華能源有限責(zé)任公司，是神華集團(tuán)的重點(diǎn)礦井之一。井田位于陜西省榆林市府谷縣境內(nèi)。井田面積為50.36km2，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為300萬(wàn)噸/年，礦井服務(wù)年限為60.1年。主水平巷道布置在5-2煤中，目前礦建三期工程正在進(jìn)行5-20101首采工作面順槽的掘進(jìn)，分別由2支綜掘隊(duì)完成膠、輔運(yùn)順槽掘進(jìn)，1支連采隊(duì)雙巷掘進(jìn)同時(shí)完成5-20101工作面回風(fēng)巷及5-20102工作面回風(fēng)巷的掘進(jìn)工作。礦井一、二期工程全部采用綜掘機(jī)完成。三期工程引入連采機(jī)開始沿頂掘進(jìn)5-20101、5-20102工作面回風(fēng)順槽時(shí)，頂板出現(xiàn)嚴(yán)重離層冒落，巷幫由于夾矸層的存在出現(xiàn)片幫等情況。極大地影響了連采隊(duì)掘進(jìn)效率及工程整體進(jìn)度，針對(duì)這一情況，為保證連采機(jī)在掘進(jìn)過程中頂幫控制的穩(wěn)定性、安全性及掘進(jìn)效率，分別對(duì)上述問題進(jìn)行了分析，并及時(shí)優(yōu)化了掘進(jìn)和支護(hù)工藝，為后續(xù)的掘進(jìn)工作起到了指導(dǎo)作用。

2 5-2地質(zhì)及煤質(zhì)情況

礦井設(shè)計(jì)在5-2煤層中布置首采盤區(qū)，盤區(qū)位于井田的西南角，盤區(qū)名稱為5-201盤區(qū)。盤區(qū)面積為15.22km2，地質(zhì)儲(chǔ)量4576萬(wàn)t，可采儲(chǔ)量2916萬(wàn)t，設(shè)計(jì)布置回采工作面16個(gè)。5-2煤層埋深一般50.20～296.22m，平均埋深142米，煤厚為1.04～4.60m，平均2.35m，煤層傾角1°左右，含一層夾矸，平均厚0.16m，巖性主要為粉砂巖、泥巖及炭質(zhì)泥巖，夾矸層位穩(wěn)定。煤層頂板偽頂在井田內(nèi)零星分布，約占井田面積15%，巖性為泥巖、煤質(zhì)泥巖，厚度0～0.5m，基本頂分布于井田內(nèi)中西部，約占井田面積的25%，巖性以粉砂巖、細(xì)粒砂巖為主，中粒、粗粒砂巖次之，厚度3.08～27.42m；直接頂主要分布于井田中東部，約占井田面積的60%，巖性以粉砂巖、細(xì)粒砂巖為主，中粒、粗砂巖次之，厚度0～11.64m，平均厚度1.90m。5-2煤頂板為Ⅱ類，即中等穩(wěn)定頂板。5-2煤層底板屬Ⅳ類，中硬類底板。

5-2煤層以不粘煤為主，次為長(zhǎng)焰煤。煤層屬于特低灰～低灰、特低硫、低-中磷、高～特高熱值、不粘結(jié)性，較高～特高熱穩(wěn)定性、化學(xué)反應(yīng)性強(qiáng)、高強(qiáng)度、較難磨、可選性好的煤種。原煤灰份平均值為10.15%，屬低灰份煤。原煤空氣干燥基水分（Mad）綜合平均值為7.63～9.13%，煤層水分較高，原煤硫分綜合平均值為0.31～0.37%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.09～0.13，屬硫分變化小的特低硫分煤。原煤發(fā)熱量綜合平均值為28.60～29.16MJ/kg，屬高～特高熱值煤。

3 工程概況

3.1 巷道布置

5-20101、5-20102工作面回風(fēng)巷及聯(lián)巷布置在5-2煤。5-20101工作面回風(fēng)巷長(zhǎng)3703.3m，寬5.1m，高2.68m；5-20102工作面回風(fēng)巷長(zhǎng)3698.6m，寬5.1m，高2.88m；在巷間垂直布置54個(gè)聯(lián)巷，聯(lián)巷長(zhǎng)20m，寬5.1m，高2.68m。

3.2 巷道形狀及斷面

設(shè)計(jì)巷道形狀均為矩形，其斷面參數(shù)見表1巷道尺寸參數(shù)表。

4 施工中存在的困難

（1）5-20101、5-20102工作面回風(fēng)巷原設(shè)計(jì)沿5-2煤頂板掘進(jìn)，連采隊(duì)最初兩條巷道各掘進(jìn)40余米過程中，發(fā)現(xiàn)煤層上方200～400mm暗灰色偽頂呈層狀剝落嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)隨采隨冒的情況。經(jīng)分析認(rèn)為，礦井一、二期工程建設(shè)過程中應(yīng)用綜掘機(jī)掘進(jìn)，循環(huán)進(jìn)尺較小，對(duì)頂板擾動(dòng)小。應(yīng)用連采機(jī)掘進(jìn)后，出于連采機(jī)本身特點(diǎn)，對(duì)頂板擾動(dòng)較大，以致出現(xiàn)上述情況。如仍沿頂掘進(jìn)將影響巷道掘進(jìn)速度并影響全礦的按時(shí)投產(chǎn)。根據(jù)巷道頂板的穩(wěn)定情況不同，巷道在5-2煤中的布置位置應(yīng)及時(shí)作出相應(yīng)的調(diào)整。（2）5-2煤為中厚煤層，厚度變化較小，且規(guī)律性明顯，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為穩(wěn)定的全區(qū)可采煤層。煤厚一般為1.04～4.60m，平均2.35m。一般含一層夾矸，0.10～0.28m，一般厚0.16m，巖性主要為粉砂巖、泥巖及炭質(zhì)泥巖，夾矸層位穩(wěn)定。在實(shí)際掘進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)，位于巷道中部的夾矸層遇水成泥狀，受礦壓影響后擠出，巷幫煤壁沿夾矸層上下片落，片幫深度一般為0～600mm，應(yīng)及時(shí)調(diào)整原巷幫支護(hù)參數(shù)。

5 掘進(jìn)工藝的優(yōu)化及其效果

5.1 巷道掘進(jìn)工藝

采用連采機(jī)及其后配套設(shè)備施工，選用一臺(tái)12CM15-10B型連采機(jī)來完成割煤、裝煤和清煤工序，一臺(tái)10SC32-48B型梭車將連采機(jī)采出的煤轉(zhuǎn)運(yùn)至破碎機(jī)，一臺(tái)PZL460/150A型給料破碎機(jī)完成煤的破碎與轉(zhuǎn)載工作，破碎機(jī)運(yùn)出的煤通過DSJ100/100/2×200帶式輸送機(jī)運(yùn)出。用一臺(tái)CMM4-20型錨桿機(jī)完成錨桿的定位、打眼、安裝、緊固工作。采用掘進(jìn)、支護(hù)平行作業(yè)的施工工藝。用一臺(tái)ZL18EFB（A）輪胎式防爆裝載機(jī)清理巷道浮煤、淤泥，確保巷道暢通、干凈，并完成工作面的材料、小型設(shè)備的運(yùn)送和搬移工作。從而形成連采機(jī)掘進(jìn)工作面破煤、裝煤、運(yùn)煤、清煤、支護(hù)等工序全部機(jī)械化作業(yè)的施工方法。使用的連采機(jī)參數(shù)詳見表2。

巷道層位布置位置優(yōu)化。針對(duì)5-20101、5-20102工作面回風(fēng)巷現(xiàn)場(chǎng)頂板條件狀況，為保證連采機(jī)在半煤巖巷中的快速掘進(jìn)，最終研究確定兩種巷道布置方案：為了維持巷道頂板的完整性，頂板條件良好的情況下，原則上采用沿頂掘進(jìn)；當(dāng)偽頂狀況差，出現(xiàn)離層冒落跡象，應(yīng)立即縮短循環(huán)進(jìn)尺，并盡可能縮短頂板空頂時(shí)間，采取短掘短支。巷道層位布置位置隨頂板狀況的優(yōu)化，最大程度上減少了頂板對(duì)于掘進(jìn)速度的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，青龍寺煤礦連采隊(duì)2015年10月～2016年1月四個(gè)月總進(jìn)尺達(dá)到3200m，約為同等地質(zhì)條件下綜掘隊(duì)掘進(jìn)速度的2倍。

5.2 巷道支護(hù)工藝

5.2.1 頂板支護(hù)。5-20101、5-20102工作面回風(fēng)巷及聯(lián)巷采用錨桿+冷拔絲網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)。5-20101工作面回風(fēng)巷頂板支護(hù)參數(shù)：頂板使用圓鋼錨桿進(jìn)行支護(hù)：每排布置6根，錨桿間距（從左到右）為250mm/800mm/1000mm/1000mm/1000mm/800mm/250mm，錨桿排距為1000mm；巷道頂板掛5.0m×1.1m的冷拔絲網(wǎng)片，網(wǎng)片搭接為100mm，網(wǎng)片要緊貼頂板。同時(shí)使用錨索支護(hù)，錨索間排距為2000×3000mm。5-20102工作面回風(fēng)巷頂板支護(hù)參數(shù)：頂板使用圓鋼錨桿進(jìn)行支護(hù)：每排布置6根，錨桿間距（從左到右）為250mm/800mm/1000mm/1000mm/1000mm/800mm/250mm，錨桿排距為1000mm；巷道頂板掛5.0m×1.1m的冷拔絲網(wǎng)片，網(wǎng)片搭接為100mm，網(wǎng)片要緊貼頂板。同時(shí)使用錨索支護(hù)，錨索間排距為2000×3000mm。

5.2.2 巷幫支護(hù)形式優(yōu)化。5-20101、5-20102工作面回風(fēng)巷的巷幫原設(shè)計(jì)間排距為：上下錨桿間排距為1200×1000mm，但在實(shí)際掘進(jìn)支護(hù)完成后，逐漸以?shī)A矸層為中心上下呈弧形片落，巷幫后期維護(hù)困難。優(yōu)化錨桿布置后，經(jīng)觀察與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，對(duì)于夾矸層上下煤壁控制效果良好。具體布置形式見圖1、圖2。

5-20101工作面回風(fēng)巷幫支護(hù)形式：幫支護(hù)采用五花布置，正幫采用Φ18×1600mm玻璃鋼錨桿支護(hù)，上下錨桿間排距為1200×1500mm，中間錨桿排距為1500mm，幫網(wǎng)掛塑料網(wǎng)；副幫采用Φ16×1600mmA3圓鋼錨桿支護(hù)，上下錨桿間排距為1200×1500mm，中間錨桿排距為1500mm，幫網(wǎng)掛鉛絲網(wǎng)。

5-20102工作面回風(fēng)巷幫支護(hù)形式：幫支護(hù)采用五花布置，正幫采用Φ18×1600mm玻璃鋼錨桿支護(hù)，上下錨桿間排距為1200×1500mm，中間錨桿排距為1500mm，幫網(wǎng)掛塑料網(wǎng)；副幫采用Φ16×1600mmA3圓鋼錨桿支護(hù)，上下錨桿間排距為1200×1500mm，中間錨桿排距為1500mm，幫網(wǎng)掛鉛絲網(wǎng)。

6 結(jié)束語(yǔ)

（1）連續(xù)采煤機(jī)在半煤巖巷掘進(jìn)中應(yīng)用還不廣泛，榆林神華能源有限責(zé)任公司在青龍寺煤礦5-20101、5-20102工作面回風(fēng)巷掘進(jìn)中引進(jìn)連采掘進(jìn)系統(tǒng)，施工過程中保證了安全，根據(jù)頂板、兩幫實(shí)際狀況，及時(shí)作出調(diào)整，掘進(jìn)工藝科學(xué)、支護(hù)形式合理。（2）針對(duì)施工過程存在的困難，合理優(yōu)化了參數(shù)，保證了施工過程的順利進(jìn)行，為礦井正常投產(chǎn)創(chuàng)造了條件。（3）連采機(jī)在青龍寺煤礦半煤巖巷掘進(jìn)中的成功應(yīng)用，基本實(shí)現(xiàn)每天掘進(jìn)進(jìn)尺40m，最高月進(jìn)1000m，年進(jìn)尺約l0000m的目標(biāo)，滿足高效集約化礦井綜采工作面巷道掘進(jìn)要求。（4）連采機(jī)在青龍寺煤礦半煤巖巷掘進(jìn)施工過程中所遇到的問題及解決辦法，為今后連采機(jī)在半煤巖巷掘進(jìn)中提供了一定的參考意義。

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