皮武杰

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司東曲礦，山西 太原 030200）

1 概況

28216 工作面位于+860 m 水平二采區(qū)，與28214 工作面相鄰，北東方向?yàn)轭A(yù)留大巷保護(hù)煤柱，東南方向與28216 底抽巷相鄰，西南方向+860 m為東翼總回風(fēng)巷，蓋山厚度279～471 m。28216 工作面開(kāi)采8 號(hào)煤，平均厚約3.83 m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層傾角約為3°。直接頂為1.65 m 的泥灰?guī)r，基本頂為2.93 m 的石灰?guī)r，直接底為6.22～8.77 m 的砂質(zhì)泥巖。28216 軌道順槽主要用于28216 工作面回采時(shí)的進(jìn)風(fēng)和運(yùn)料，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1220 m，采用綜合機(jī)械化作業(yè)。一個(gè)時(shí)期內(nèi)，28216 工作面軌道順槽掘進(jìn)工作面存在效率低、掘進(jìn)巷道不穩(wěn)定、冒頂事故風(fēng)險(xiǎn)高等問(wèn)題，亟需進(jìn)行工藝優(yōu)化。

2 快速掘進(jìn)工藝

28216 軌道順槽采用全斷面跟頂跟底施工成巷的方式掘進(jìn)，選用EBZ260（A）型懸臂式掘進(jìn)機(jī)配DSJ-80/2×75 膠帶輸送機(jī)完成截割、裝煤、轉(zhuǎn)載、運(yùn)輸連續(xù)性作業(yè)。EBZ260（A）型懸臂式掘進(jìn)機(jī)的截割部上裝有錨護(hù)裝置，可以在掘進(jìn)的同時(shí)基本完成支護(hù)的基礎(chǔ)工作，提升后續(xù)支護(hù)工藝實(shí)施效率的同時(shí)，對(duì)掘進(jìn)時(shí)的安全穩(wěn)定也是一種保障，進(jìn)而整體提高巷道的掘進(jìn)速度。EBZ260（A）型掘錨一體機(jī)截割部如圖1。

圖1 EBZ260（A）掘進(jìn)機(jī)截割部示意圖

掘進(jìn)路線的選擇直接影響著斷面成型質(zhì)量，不合理的掘進(jìn)截割路線可能會(huì)導(dǎo)致掘進(jìn)過(guò)程中空頂區(qū)頂板和兩幫的失穩(wěn)。結(jié)合EBZ260（A）型掘錨一體機(jī)特點(diǎn)，采用S型軌跡進(jìn)行作業(yè)。圖2 所示分別為S 型路線的截割周期內(nèi)截割頭運(yùn)動(dòng)路線以及截割完成后對(duì)斷面整修周期的運(yùn)動(dòng)路線。

S型路線截割工藝實(shí)施步驟為：（1）啟動(dòng)BZ260（A）型掘錨一體機(jī)，操作掘進(jìn)機(jī)鏟板移動(dòng)至順槽底板，操作掘進(jìn)機(jī)截割頭對(duì)順槽兩幫浮煤進(jìn)行清掃；（2）操作掘進(jìn)機(jī)截割頭開(kāi)始進(jìn)刀，進(jìn)刀深度達(dá)到參數(shù)要求后，停止進(jìn)刀，通過(guò)鏟板收集截割出的煤塊；（3）截割頭貼近底板向右側(cè)移動(dòng)，開(kāi)始橫向移動(dòng)，鏟板繼續(xù)收集橫向截割煤塊；（4）截割頭移動(dòng)到右側(cè)幫壁，截割頭向上移動(dòng)，控制距離后繼續(xù)向左截割，其中向上移動(dòng)的距離需要考慮煤巖體屬性，28216 軌道順槽采用0.45 m，然后對(duì)順槽掘進(jìn)部位的頂板、底板以及兩幫進(jìn)行清理，繼續(xù)開(kāi)始進(jìn)行下一個(gè)掘進(jìn)周期操作。整體掘進(jìn)工藝流程如圖3。

圖2 S 型截割軌跡示意圖

圖3 28216 工作面軌道順槽工藝流程圖

3 順槽支護(hù)方案及效果

（1）支護(hù)方案

28216 軌道順槽巷道采用矩形斷面，寬5.0 m，高4.0 m，掘進(jìn)斷面20.0 m2。煤層變薄或出現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，巷道高度不低于3.0 m。28216 軌道順槽采用全錨支護(hù)形式，巷道頂板采用左旋螺紋鋼金屬錨桿，錨桿直徑為Ф20 mm，錨桿長(zhǎng)度為1800 mm，間排距為1100 mm×1200 mm；兩幫采用左旋螺紋鋼金屬錨桿，錨桿直徑為Ф20 mm，錨桿長(zhǎng)度為1800 mm，間排距為1200 mm×1200 mm；頂壓為36.8 kPa，側(cè)壓為28.9 kPa。全錨支護(hù)每排支護(hù)強(qiáng)度如下。

實(shí)際頂板支護(hù)強(qiáng)度：

實(shí)際兩幫支護(hù)強(qiáng)度：

式中：Qdx為實(shí)際頂板支護(hù)強(qiáng)度，kPa；Fm為錨桿總支護(hù)強(qiáng)度，kPa；Fs為錨索總支護(hù)強(qiáng)度，kPa；S1為支護(hù)頂板面積，頂板實(shí)際支護(hù)面積30 m2；n1為每1.2 m 巷道頂錨桿數(shù)量，取5 根；Qcx為實(shí)際兩幫支護(hù)強(qiáng)度，kPa；n2為每1.2 m 巷道幫錨桿數(shù)量，取3 根；S2為支護(hù)幫面積，實(shí)際支護(hù)面積24 m2；fm為頂錨桿錨固力，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)103 kN；fs為錨索錨固力，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)196 kN；ft為幫錨桿的錨固力，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)103 kN。

由以上計(jì)算可得出：28216 軌道順槽采用全錨支護(hù)，頂板及兩幫實(shí)際支護(hù)強(qiáng)度均大于頂壓及側(cè)壓的理論值，考慮到巷道壓力的復(fù)雜性及巷道支護(hù)的保險(xiǎn)系數(shù)，生產(chǎn)實(shí)踐中取支護(hù)參數(shù)如上，巷道支護(hù)安全可靠。如遇特殊條件時(shí)，可采取加掛金屬網(wǎng)及增補(bǔ)錨桿（索）等措施加強(qiáng)對(duì)巷道頂、幫支護(hù)以確保施工安全。

巷道兩幫均采用金屬左旋螺紋鋼錨桿配菱形金屬網(wǎng)支護(hù)，幫錨桿間排距1200 mm×1200 mm，兩幫各3 根，每排6 根。兩幫聯(lián)網(wǎng)時(shí)，需保證金屬網(wǎng)片緊貼巷道巖壁，網(wǎng)片之間搭接不得低于100 mm，且每隔150 mm 用14 號(hào)聯(lián)網(wǎng)絲將金屬網(wǎng)片連接一道，網(wǎng)扣至少擰三圈，并將剩余的鐵絲頭窩在網(wǎng)內(nèi)，確保聯(lián)網(wǎng)連接可靠，幫部局部垮落處必須用背板構(gòu)嚴(yán)。支護(hù)示意圖如圖4。

（2）支護(hù)控制效果

為了檢測(cè)上述支護(hù)方式的控制效果，在28216軌道順槽斷面上設(shè)置巷道表面位移測(cè)點(diǎn)，通過(guò)激光測(cè)距儀收集順槽斷面頂板和幫部的實(shí)際移近量。檢測(cè)周期為1 d，檢測(cè)總時(shí)長(zhǎng)為30 d，通過(guò)檢測(cè)點(diǎn)移近量數(shù)據(jù)的匯總與處理，制成圖5。從圖中可以看出，28216 軌道順槽斷面頂板在第8 d 時(shí)達(dá)到最大移近量，約為78 mm，兩幫在第14 d 時(shí)達(dá)到最大移近量，約為103 mm。說(shuō)明采用的支護(hù)方式能夠有效控制順槽斷面各處表面位移，能夠保證順槽的穩(wěn)定安全。

圖5 巷道圍巖變形曲線圖

4 應(yīng)用效果

28216 軌道順槽通過(guò)采用EBZ260（A）型掘錨一體機(jī)，S 型截割路線的掘進(jìn)工藝，極大地提升了掘進(jìn)速度和掘進(jìn)順槽穩(wěn)定性，28216 軌道順槽頂部和兩幫經(jīng)過(guò)支護(hù)工藝優(yōu)化，確保了順槽支護(hù)的安全性。通過(guò)工藝實(shí)施，目前采用該工藝每天可以完成11 個(gè)掘進(jìn)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)掘進(jìn)長(zhǎng)度為1.8～2.0 m，即每天可以掘進(jìn)20～22 m，相較于原來(lái)每天掘進(jìn)10～12 m 的進(jìn)尺而言，掘進(jìn)效率提升了1 倍，效果非常明顯。