竇衍來(lái) 叢興春 張 健

（棗礦集團(tuán)高莊煤業(yè)有限公司，山東 微山 277605）

綜采技術(shù)水平的提高客觀上促進(jìn)了綜掘技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)掘進(jìn)成巷速度和綜掘自動(dòng)化提出了更高要求。加強(qiáng)掘進(jìn)頂幫安全管理，提高煤巷快速掘進(jìn)技術(shù)水平，創(chuàng)建質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化優(yōu)質(zhì)工程，是當(dāng)前煤礦采掘均衡發(fā)展亟待解決的問(wèn)題。高莊煤業(yè)有限公司在3下1104運(yùn)輸巷進(jìn)行了一系列的研究與應(yīng)用，對(duì)于解決復(fù)雜地質(zhì)條件下大斷面回采巷道快速掘進(jìn)施工中存在的普遍性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)煤巷綜合機(jī)械化快速掘進(jìn)及巷道支護(hù)“安全、快速、經(jīng)濟(jì)”的目標(biāo)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 概況

3下1104運(yùn)輸巷位于西十一采區(qū)西翼中部，巷道南部為3下1102工作面采空區(qū)，北部為實(shí)體煤，東部為西十一采區(qū)四條下山，上部為3上1102工作面采空區(qū)?？臻g關(guān)系如圖1、圖2所示。

巷道所處地層為二疊系山西組3下煤層，內(nèi)生裂隙發(fā)育，3下煤層厚度3.5～5.2m，平均4.0m。3上、3下煤層巖柱厚度為7.0～8.0m，平均7.5m。巷道上部3上煤層回采過(guò)程中斷層附近存在破底板巖石情況，最大破底厚度約2.0m。

根據(jù)3上1102運(yùn)輸巷、3上1104工作面和3下1102運(yùn)輸巷等周邊采掘揭露情況，預(yù)計(jì)3下1104工作面共發(fā)育32條斷層，其中工作面運(yùn)輸巷預(yù)計(jì)揭露斷層24條，對(duì)掘進(jìn)影響較大。

圖1 3煤巷道布置空間關(guān)系平面示意圖

圖2 3煤巷道布置空間關(guān)系剖面示意圖

2 生產(chǎn)工藝及設(shè)備配套

高煤公司于2019年引進(jìn)使用了MB670-1型掘錨機(jī)等快速掘進(jìn)機(jī)械和相應(yīng)技術(shù)，該設(shè)備具有一次掘支成巷、施工速度快、頂板支護(hù)好、巷道規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)。為匹配該掘錨機(jī)連續(xù)作業(yè)的特點(diǎn)，配套相應(yīng)的運(yùn)輸系統(tǒng)，后路配備LY2000型連續(xù)運(yùn)輸車、永磁變頻電滾筒皮帶運(yùn)煤，無(wú)極繩絞車、風(fēng)動(dòng)單軌吊運(yùn)輸物料，實(shí)現(xiàn)了煤流、物料雙系統(tǒng)高效運(yùn)輸。通過(guò)實(shí)現(xiàn)掘、支、運(yùn)三大工序的優(yōu)化配置，最大限度提高了勞動(dòng)效率和單進(jìn)水平。

2.1 掘錨工藝優(yōu)化

應(yīng)用MB670-1型掘錨機(jī)進(jìn)行掘錨作業(yè)，該設(shè)備配備6臺(tái)機(jī)載液壓錨桿機(jī)，其中4臺(tái)用于頂板支護(hù)，2臺(tái)用于幫部支護(hù)，并自帶用于臨時(shí)支護(hù)的液壓支撐架、防塵高壓水噴霧系統(tǒng)和濕式除塵系統(tǒng)。在迎頭截割時(shí)可以頂幫同時(shí)進(jìn)行錨桿鉆孔作業(yè)，實(shí)現(xiàn)截割、裝載、運(yùn)輸和錨護(hù)平行作業(yè)。

該設(shè)備通過(guò)無(wú)線遙控器操作，操作人員在切割護(hù)板后通過(guò)屏幕觀察操作，全斷面記憶截割，自動(dòng)控制水平位置和巷道的截割高度。與EBZ-260綜掘機(jī)相比，每循環(huán)截割時(shí)間由30min縮短至7min，切割效率提高73%。

2.2 運(yùn)煤流程優(yōu)化

使用掘錨機(jī)完成割煤、支護(hù)后，應(yīng)用LY2000型連續(xù)運(yùn)輸車與MB670-1型掘錨機(jī)配套運(yùn)煤，該設(shè)備由帶式轉(zhuǎn)載機(jī)、履帶式轉(zhuǎn)載破碎機(jī)及剛性皮帶機(jī)架組成，具備大塊煤矸破碎功能，消除了大塊煤矸運(yùn)輸隱患和堵倉(cāng)問(wèn)題，平均運(yùn)輸能力達(dá)到800t/h。連續(xù)運(yùn)輸車前端為接煤槽，迎頭切割出煤時(shí)緊跟掘錨機(jī)，隨掘錨機(jī)移動(dòng)，煤流經(jīng)轉(zhuǎn)載破碎機(jī)破碎，進(jìn)入帶式轉(zhuǎn)載機(jī)、永磁變頻電滾筒皮帶機(jī)，形成連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)。

2.3 輔助運(yùn)輸優(yōu)化

后路采用無(wú)極繩絞車配合風(fēng)動(dòng)單軌吊進(jìn)行物料輔助運(yùn)輸，并對(duì)無(wú)極繩絞車進(jìn)行升級(jí)，安裝無(wú)線視頻，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中無(wú)線監(jiān)控，無(wú)需跟車人員，優(yōu)化輔助運(yùn)輸人員配置。

3 支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化

MB670-1掘錨機(jī)在應(yīng)用之初就面臨著3下1104運(yùn)輸巷大斷面、深埋高應(yīng)力、半孤島工作面順槽掘進(jìn)壓力大的問(wèn)題，支護(hù)參數(shù)既滿足支護(hù)強(qiáng)度需求，又能適應(yīng)掘錨機(jī)快速掘進(jìn)的需要就顯得極為重要。高煤公司通過(guò)聯(lián)合中國(guó)礦業(yè)大學(xué)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，結(jié)合該巷道地質(zhì)構(gòu)造、周邊采場(chǎng)情況及MB670-1型掘錨機(jī)錨護(hù)系統(tǒng)參數(shù)，不斷優(yōu)化支護(hù)方式，確定了“高強(qiáng)度、低密度”支護(hù)技術(shù)方案。支護(hù)材料清單如表1所示。

表1 3下1104運(yùn)輸巷錨桿（索）支護(hù)材料清單

3.1 正常條件下錨桿（索）支護(hù)技術(shù)方案

正常條件下頂幫均采用細(xì)螺紋高強(qiáng)螺紋鋼錨桿（右旋，Q600），設(shè)計(jì)扭矩400N·m，頂板每排布置6棵錨桿，間排距均為1000×2000mm，幫部每排布置4棵錨桿，間排距均為1000×1000mm，配合翼型鋼帶加強(qiáng)支護(hù)；頂部每排布置4棵錨索，錨索間排距1300×2000mm，即隔一排錨桿布置一排錨索；幫部?jī)筛^索間排距為2000×2000mm。巷道支護(hù)斷面如圖3、圖4所示。頂板及兩幫網(wǎng)距加大后，在保證巷道支護(hù)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，減小了支護(hù)材料的消耗。另外，在巷道中安裝了頂板離層及錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，定期進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，驗(yàn)證支護(hù)方案的可靠性。

3.2 特殊條件下錨桿（索）支護(hù)技術(shù)方案

3下1104工作面運(yùn)輸巷沿3下1102工作面采空區(qū)留設(shè)4.5m小煤柱掘進(jìn)，且上部為3上1104工作面采空區(qū)和3上1102工作面采空區(qū)遺留煤柱。由此，3下1104面運(yùn)輸巷局部地段因采動(dòng)影響而引起了頂板巖石破碎、局部地段受斷層影響而導(dǎo)致頂板巖層破碎。針對(duì)因采動(dòng)及斷層等因素引起3下1104運(yùn)輸巷頂板條件的異常，在“正常條件下錨桿（索）支護(hù)技術(shù)方案”基礎(chǔ)之上，提出了兩種補(bǔ)充方案：

（1）當(dāng)頂板完整巖柱厚度大于5.0而小于6.0m時(shí)：

①在錨桿與錨索排之間補(bǔ)打4根注漿錨索；

②原頂板錨索支護(hù)排，根據(jù)頂板巖柱實(shí)際厚度，錨索長(zhǎng)度在4.0～5.5m間選??；

③當(dāng)頂板巖柱厚度小于5.0m時(shí)，組織專家對(duì)支護(hù)方案進(jìn)行重新論證。

（2）掘進(jìn)時(shí)遇斷層破碎帶時(shí)，應(yīng)確保頂板巖柱厚度不小于6.0m，且應(yīng)破底掘進(jìn)施工，但破底深度不易大于2.0m。

①在錨桿與錨索排之間補(bǔ)打6根注漿錨索；

②原頂板錨索支護(hù)排每排布置6根錨索，間排距變更為：900×800mm；

③原頂板錨桿支護(hù)排每排布置7根錨桿，間排距變更為：800×800mm；

④如頂板隨掘隨冒，應(yīng)采取超前注漿或打管縫錨桿控頂；

⑤如在采取上述措施后，頂板仍發(fā)生較大變形而難以控制，應(yīng)及時(shí)扶棚。

圖3 3下1104運(yùn)輸巷錨桿（索）支護(hù)斷面圖

圖4 3下1104運(yùn)輸巷錨桿（索）支護(hù)斷面展開(kāi)圖

4 勞動(dòng)組織優(yōu)化

（1）取消夜班生產(chǎn)，科學(xué)合理匹配人員

在施工過(guò)程中不斷優(yōu)化勞動(dòng)組織，掘進(jìn)工作面取消了夜班生產(chǎn)，采取“二七一四”制作業(yè)方式。早班為生產(chǎn)準(zhǔn)備班(6:00～10:00)，為生產(chǎn)班做好開(kāi)工準(zhǔn)備工作，滿足掘進(jìn)頭面延接皮帶、電纜、風(fēng)水管路需求；中班(10:00～17:00)、晚班（17:00～24:00）集中生產(chǎn)。

（2）“一人多崗、一崗多能”機(jī)制，提升人力資源效能

嚴(yán)控工作面出勤人數(shù)，掘進(jìn)迎頭單班下井作業(yè)人數(shù)不超過(guò)8人。將無(wú)極繩絞車和可視化集控操作臺(tái)、智能巡檢機(jī)器人操作箱并排布置，便于操作，實(shí)現(xiàn)無(wú)極繩絞車司機(jī)、皮帶司機(jī)、檢修工崗位“三崗合一”。

5 結(jié) 論

高煤公司在大斷面、采空區(qū)下薄巖柱、斷層等諸多不利因素情況下，通過(guò)復(fù)雜地質(zhì)條件下快速掘進(jìn)工藝的研究和應(yīng)用，創(chuàng)出了月進(jìn)尺 646m的好成績(jī)，保證了工作面正常接續(xù)，為礦井的高產(chǎn)高效建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)進(jìn)一步的實(shí)踐與完善，該快速掘進(jìn)工藝將具有更加廣闊的應(yīng)用前景。