白劍軍

（山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦，山西 興縣 033602）

本文以斜溝煤礦18503工作面為研究對象，以巷道掘進施工時間最小化為原則，提出多種施工工序交叉平行作業(yè)的施工方法，對掘進施工工藝進行優(yōu)化，對掘進設(shè)備進行改進，以加快成巷效率，降低作業(yè)成本。

1 工程概況

斜溝煤礦18503工作面位于店上村西北角北側(cè)，橫穿柳樹溝村，位于楊家溝南側(cè)，地面標高950～1208m，工作面標高750～944m，工作面走向長度7194m，傾斜長度294.6m。煤層平均厚度3.76m，煤層傾角9.7°，煤層為8#煤，表觀呈塊狀或條帶狀，半暗淡型。煤層中含2層泥巖夾矸，其中煤層上層夾矸較穩(wěn)定，厚0.05～0.30m，下層夾矸厚0.10～0.30m，局部尖滅。18503工作面直接頂為泥巖，平均厚度1.88m，呈灰色或灰黑色，性脆易碎，可見植物化石，局部相變?yōu)樘抠|(zhì)泥巖；基本頂為中粗粒砂巖，呈灰白色，平均厚度13.90m，成分以石英為主，泥質(zhì)膠結(jié)；直接底為泥巖，平均厚度1.42m，呈灰色或灰黑色，含植物根、莖化石，有時含砂質(zhì)或泥質(zhì)；基本底為細中粗粒砂巖，呈灰白色，平均厚度10.17m，成分以石英、長石為主。工作面巷道斷面為矩形，巷道寬5.0m，高3.9m，支護參數(shù)如圖1所示。由于18503工作面在巷道掘進過程中片面強調(diào)了巷道支護安全，錨桿支護密度較大，造成了掘進效率低，時間成本急劇增高。本文以掘進工作面作業(yè)時間最小化為原則，采用多種施工工序交叉平行作業(yè)的方法對掘進施工工藝進行優(yōu)化，以提高成巷速度，降低時間成本。

2 原支護工藝分析

2.1 支護工藝用時實測

錨桿、錨索的安裝是在巷道支護中所需時間最長的工序，現(xiàn)場實測了頂板錨桿、幫部低位錨桿、幫部肩窩錨桿及頂板錨索的安裝時間如表1所示。

施工現(xiàn)場采用兩臺氣動式錨桿鉆機同時啟動，對頂板錨桿進行鉆孔施工。在頂板錨桿施工結(jié)束后，采用一臺氣動式幫錨桿鉆機和一臺支腿式鑿巖機，對掘進工作面幫部肩窩錨桿、幫部低位錨桿進行施工，最后安裝頂板錨索，每個進尺安裝兩排錨桿。施工流程如圖2（a）所示，臨時支護施工流程圖如圖2（b）所示。

圖1 巷道支護參數(shù)示意圖

表1 錨桿、錨索安裝時間

圖2 施工流程示意圖

2.2 制約支護速度因素分析

設(shè)備影響因素：由表1可以看出，受到氣動式錨桿鉆機自身性能的限制，錨桿、索鉆孔消耗時間最長，這是影響成巷效率最為關(guān)鍵的因素。

工藝影響因素：從圖2（b）可以看出，臨時支護總共分為三個步驟，太過于繁瑣，對巷道掘進速率也有很大影響。除此之外，錨索鉆孔在錨桿安裝之后，由于錨索鉆孔時間較長，因此對掘進速率也有很大影響。

3 支護工藝優(yōu)化

3.1 支護設(shè)備優(yōu)化

減少鉆孔時間是提高巷道掘進速率最為有效的方法。淘汰現(xiàn)有的氣動式錨桿鉆機，將其更換為基于EBZ220升級改造的液壓掘、護、錨一體機，其主要技術(shù)參數(shù)為：

（1）將現(xiàn)有掘進機的截割部替換為具有錨、護裝置的截割部，該設(shè)備的錨、護裝置具有可折疊性，相比于原有掘進機，該掘進機的整體長度并沒有增加，如圖3所示。

（2）伸縮主臂位于截割部的上方，固定支點位于截割部的兩側(cè)，端部與倒U形護架通過鉸鏈連接；伸縮主臂與錨桿鉆機之間用翻轉(zhuǎn)油缸連接，以實現(xiàn)錨桿鉆機的翻轉(zhuǎn)。

（3）倒U形護架可實現(xiàn)兩幫、頂板防護的動作，也可以安裝臨時支護裝置，代替原有的人工前探梁臨時支護裝置，臨時支護裝置長度可達2.0～5.0m，兩幫護幫高度2.0m，寬度為1.0m。

（4）倒U形架體左右兩側(cè)均設(shè)有橫移臂，橫移臂與油缸相連，并在橫移油缸的作用下可以實現(xiàn)錨桿鉆機的左右移動，移動范圍大約為1.4～2.8m。除此之外，在橫移臂上安裝有旋轉(zhuǎn)油缸用來實現(xiàn)錨桿鉆機的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度約120°。

（5）為了提高鉆孔效率及成孔質(zhì)量，錨桿鉆機配備大功率扭矩馬達，錨桿鉆機最大扭矩可達300N·m，最大推進力約為25kN，最大轉(zhuǎn)速500r/min。

（6）液壓掘、護、錨一體機可用于矩形、梯形和拱形等多種類型的巷道斷面，掘進寬度范圍可達3.5～5.0m，高度可達2.4～4m。

圖3 掘、護、錨一體機結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 支護工藝優(yōu)化

（1）臨時支護工藝優(yōu)化

在截割部完成割煤、出煤后，改進的掘、護、錨一體機可以實現(xiàn)同時搭接頂板、幫部金屬網(wǎng)，并將頂板、幫部臨時支護裝置伸出，取代原先臨時支護過程，進行頂板、幫部臨時支護。

（2）永久支護工藝優(yōu)化

① 錨桿支護工藝優(yōu)化

掘、護、錨一體機可實現(xiàn)同時安裝頂板第一排第1根、第4根錨桿，安裝完成后，向右移動掘、護、錨一體機端部安裝第2根、第5根，安裝完成后繼續(xù)向右移動一體機端部安裝第3根、第6根錨桿，施工順序如圖4（a）所示。頂錨桿施工完成后，同時施工兩幫最上部兩根傾斜錨桿，然后施工兩根水平錨桿，優(yōu)化后掘進班錨桿安裝示意圖如圖4（b）所示。為提高掘進效率，剩余錨桿將留給檢修班負責補齊。第一排錨桿安裝完成后，向前推進掘、護、錨一體機重復(fù)第一排錨桿的施工及安裝工序，安裝第二排所有錨桿。

圖4 錨桿施工作業(yè)及安裝示意圖

② 錨索支護工藝優(yōu)化

由于錨索的剛度較大而延伸率較低，在原有的支護工藝中，錨桿、索基本同時安裝，造成錨桿、錨索同時進行變形，不能充分發(fā)揮錨索強度大的作用，造成錨索過早破斷，失去承載能力?；诰蜻M工作面的地質(zhì)條件，巷道頂板以中粗粒砂巖為主，比較堅硬，在錨桿安裝后，短時間內(nèi)不會發(fā)生錨固失效現(xiàn)象。為充分發(fā)揮錨桿、錨索之間的變形協(xié)調(diào)支護作用，將錨索安裝作業(yè)放置在檢修班進行，具體施工流程如圖5所示。

圖5 巷道支護施工流程圖

（3）多工序交叉平行作業(yè)

為了能盡可能多的提高巷道掘進速率，施工工序應(yīng)在不影響主要工序的前提下，實現(xiàn)交叉平行作業(yè)。在掘進機割煤時，運料工應(yīng)將錨桿、托盤等支護所用的材料運至作業(yè)面附近安全區(qū)域，為巷道支護做準備。在掘進機完成掘進后，施工人員開始錨桿支護作業(yè)，此時，掘進機司機開始對掘進機進行檢查維護，保證掘進機接下來的正常作業(yè)，也能減少檢修班的工作量提高檢修效率。當檢修班對機電設(shè)備進行檢查維護時，施工員開始安裝錨索，延長風(fēng)管、水管等作業(yè)。

3.3 優(yōu)化效果評價

為檢驗施工工序優(yōu)化效果，對優(yōu)化后施工工序作業(yè)時間及巷道表位位移進行現(xiàn)場實測，施工方案優(yōu)化前后一個掘-支循環(huán)內(nèi)各工序用時如表2所示。

表2 施工方案優(yōu)化前后各工序所需時間

由表2可知，施工方案優(yōu)化后，每個掘-支循環(huán)時間降低70min，平均每個作業(yè)班增加2到3個循環(huán)，充分提高了巷道掘進速率。另外，施工方案優(yōu)化后，施工人員的勞動強度大大降低，提高了工人的工作積極性。

4 結(jié)論

工程實踐表明：優(yōu)化后的施工工序能夠有效降低循環(huán)作業(yè)時間且每個工班可以增加兩到三個作業(yè)循環(huán)，大幅度提高巷道掘進速率；施工設(shè)備的改進大大降低了勞動強度，提高了工人的勞動積極性，說明了施工方案優(yōu)化的合理性。