馬勁雷

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司五礦，河南 平頂山 467000）

一、煤礦巷道掘錨一體化概述

現(xiàn)階段綜掘施工的方式有錨桿鉆機(jī)+連續(xù)采煤機(jī)、單體錨桿鉆機(jī)+掘進(jìn)機(jī)、掘錨一體化機(jī)組。其中，錨桿鉆機(jī)+連續(xù)采煤機(jī)支護(hù)技術(shù)易受到地質(zhì)條件的制約，當(dāng)掘進(jìn)過(guò)程中頂板破碎時(shí)，需要短掘快支護(hù)的方式，制約著巷道掘進(jìn)速度;單體錨桿鉆機(jī)+掘進(jìn)機(jī)支護(hù)技術(shù)的輔助作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)、巷道單進(jìn)水平低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、掘進(jìn)和支護(hù)作業(yè)分離，致使巷道掘進(jìn)速度慢;掘錨一體化機(jī)組支護(hù)技術(shù)不需要撤離掘進(jìn)機(jī)，就能完成支護(hù)作業(yè)，控制了圍巖變形，適用于頂板較為破碎的地質(zhì)條件，減少了輔助作業(yè)時(shí)間，改善了煤巷的頂板環(huán)境。因此，采用掘錨機(jī)進(jìn)行巷道支護(hù)，推動(dòng)了掘錨一體化圍巖控制的技術(shù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了割煤和錨桿支護(hù)的平行作業(yè)，提高了巷道的掘進(jìn)速度。

二、巷道工程概況

某煤礦共有可采煤層3 層，即2#、10#、11#，2-504 工作面開(kāi)采上部的2#煤層，厚度4.07m，該礦2-504 工作面運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)斷面19m2，巷寬5m，巷高3.8m。煤層偽頂不發(fā)育，直接頂為泥巖、砂質(zhì)泥巖，中上部夾一層煤線(xiàn)，厚度2～6m，平均3.8m，老頂為中粒砂巖，厚度3～10m，直接底為3m 厚泥巖，老底為中粒砂巖，厚度約2.5m。

三、煤巷掘進(jìn)工藝

（一）掘錨一體化技術(shù)

實(shí)踐證明，采用上述巷道支護(hù)方案能夠滿(mǎn)足巷道的支護(hù)要求。為進(jìn)一步提高支護(hù)效率，決定采用掘錨一體化技術(shù)。本次采用EBZ220 掘錨一體機(jī)進(jìn)行巷道支護(hù)。該設(shè)備是在原掘進(jìn)機(jī)基礎(chǔ)上安裝錨護(hù)裝置，在不改變其結(jié)構(gòu)的同時(shí)完成掘進(jìn)、錨護(hù)一體化功能。該設(shè)備能夠在掘進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行機(jī)械化支護(hù)，從而提高支護(hù)速度，既實(shí)現(xiàn)了前探梁支護(hù)和錨桿施工的機(jī)械化作業(yè)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)提高安全性，進(jìn)而提高掘進(jìn)效率。

（二）煤巷快速掘進(jìn)技術(shù)

掘進(jìn)工藝對(duì)煤巷掘進(jìn)速度影響顯著。懸臂式綜掘機(jī)在掘進(jìn)作業(yè)過(guò)程中，需要司機(jī)進(jìn)行操控，其截割路線(xiàn)和速度往往由工作經(jīng)驗(yàn)決定。因此，容易出現(xiàn)滾筒重復(fù)走線(xiàn)、超挖或欠挖及巷道成型差等；并可能增加頂幫部擾動(dòng)次數(shù)，影響空頂區(qū)域圍巖的穩(wěn)定性，降低掘進(jìn)效率。因此，可以對(duì)綜掘機(jī)截割路徑進(jìn)行優(yōu)化和固化，并確定施工流程，從而提高作業(yè)速度和巷道成型質(zhì)量。1）截割路徑設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)煤體工程力學(xué)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際截割情況進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了基于標(biāo)準(zhǔn)斷面的煤巷S 型截割軌跡，以矩形斷面對(duì)其進(jìn)行描述，即從巷道左下側(cè)開(kāi)始按照滾筒直徑對(duì)斷面煤體自下而上進(jìn)行往復(fù)截割，呈現(xiàn)連續(xù)的S 型；整體巷道斷面施工完成后，在巷道兩側(cè)分別從上至下進(jìn)行幫部修整，從而完成巷道整體掘進(jìn)作業(yè)。2）施工流程綜掘機(jī)S 型截割工藝施工流程為：①清理作業(yè)場(chǎng)地：巷道施工前，利用綜掘機(jī)鏟板清掃正頭浮煤（巖），若底板存在煤（巖）體凸起，開(kāi)啟截割頭進(jìn)行平整作業(yè)，清理施工場(chǎng)所；②縱向進(jìn)刀：調(diào)整綜掘機(jī)位置，在正頭左下角進(jìn)刀，滾筒全部進(jìn)入煤體后停刀，同時(shí)利用鏟板運(yùn)煤；③橫向進(jìn)刀：滾筒沿煤層底板自左至右截割，進(jìn)行橫向進(jìn)刀；④往復(fù)截割：當(dāng)滾筒截割至右側(cè)時(shí)，上抬一定高度，進(jìn)行往復(fù)截割，上抬高度由煤體截割情況進(jìn)行確定，同時(shí)保證割下的煤塊大小適中；⑤以施工中線(xiàn)為基準(zhǔn)，對(duì)巷道兩幫進(jìn)行修整，同時(shí)清理煤炭，進(jìn)行下一次循環(huán)。

（三）掘進(jìn)作業(yè)工序優(yōu)化

2-504 運(yùn)輸巷沿頂板掘進(jìn)，原掘進(jìn)方式為E-BZ220 型綜掘機(jī)一次成型，人工施工錨桿和臨時(shí)支護(hù)，作業(yè)流程見(jiàn)圖1。

圖1 2-504 運(yùn)輸巷原作業(yè)流程

為提高掘進(jìn)效率，確保掘進(jìn)速度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，決定對(duì)原掘進(jìn)和支護(hù)工藝進(jìn)行優(yōu)化。即EBZ220 型掘錨一體機(jī)施工，采用S 型往復(fù)截割和機(jī)械化臨時(shí)支護(hù)、錨桿施工，工序如下：小循環(huán)施工6 根頂板錨桿，同時(shí)將兩幫錨桿施工完畢；中循環(huán)補(bǔ)齊肩角和底角；大循環(huán)施工頂板中部的錨索，加強(qiáng)頂板支護(hù)。具體流程如下：①現(xiàn)場(chǎng)交接：對(duì)設(shè)備和工作環(huán)境進(jìn)行檢查；②掘進(jìn)：?jiǎn)蝹€(gè)小循環(huán)為2m；③施工臨時(shí)支護(hù)：人工鋪設(shè)兩幫和頂板金屬網(wǎng)，架設(shè)前探梁；④施工第一排錨桿孔，頂、幫部錨桿孔分別按照由中部向兩側(cè)和由上至下的順序施工，旋入并固定錨桿；⑤第二排錨桿孔施工，旋入并固定錨桿；⑥重復(fù)上述小循環(huán)至工班結(jié)束。

四、效果分析

（一）支護(hù)效果分析

本次在2-504 運(yùn)輸巷布置測(cè)點(diǎn)，采用十字布點(diǎn)法利用激光測(cè)距儀對(duì)表面位移進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)周期為30 天，每天觀測(cè)一次，并將巷道變形情況繪制成曲線(xiàn)，見(jiàn)圖2。由曲線(xiàn)圖可知，在30 天的觀測(cè)期內(nèi)頂?shù)装彘g的最大移進(jìn)量75mm；在8～10 天趨于穩(wěn)定，巷道左右?guī)偷囊七M(jìn)量為100mm；在15 天左右趨于穩(wěn)定。通過(guò)巷道變形量分析可知，在巷道頂板采用錨網(wǎng)索梯支護(hù)、兩幫采用錨網(wǎng)梯支護(hù)后，巷道變形較小，趨于穩(wěn)定的時(shí)間較短，能夠滿(mǎn)足巷道支護(hù)要求。

圖2 巷道變形觀測(cè)結(jié)果

（二）掘進(jìn)效率分析

2-504運(yùn)輸巷在原掘進(jìn)工藝情況下，采用“三八”制，每天完成10個(gè)循環(huán)，單循環(huán)進(jìn)尺0.8～1.0m，每天掘進(jìn)8～10m；在對(duì)施工工藝進(jìn)行優(yōu)化后，每班可完成3 個(gè)小循環(huán)，每個(gè)小循環(huán)進(jìn)尺2m，單班進(jìn)尺6m，每天可掘進(jìn)18m。由此可見(jiàn)，在對(duì)掘進(jìn)和支護(hù)工藝進(jìn)行優(yōu)化后，巷道掘進(jìn)效率提升超過(guò)一倍。

結(jié)束語(yǔ)

1）對(duì)巷道變形量進(jìn)行檢測(cè)可知，采用該方案后頂?shù)装遄畲笠七M(jìn)量為75mm，兩幫最大移進(jìn)量為100mm，巷道變形較小，能夠滿(mǎn)足支護(hù)要求。2）采用掘錨一體化技術(shù)，并對(duì)綜掘機(jī)截割路徑進(jìn)行固化，優(yōu)化施工流程，巷道掘進(jìn)效率提升一倍。3）掘錨一體化施工能夠降低施工成本，加快施工速度，減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度，可有效提高掘進(jìn)速度，同時(shí)保證施工安全。該技術(shù)可在相似地質(zhì)條件的工作面進(jìn)行推廣。