劉 偉

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)韓家洼煤業(yè)有限公司，山西 大同 037000）

煤礦井下掘進(jìn)巷道成形的好壞對(duì)于巷道的高效掘進(jìn)工作至關(guān)重要。一方面，成形較好的巷道在原巖應(yīng)力重新分布后，圍巖受力相對(duì)穩(wěn)定，成巷后巷道不會(huì)出現(xiàn)較大的變形，巷道后期維護(hù)成本低。另一方面，成形較好的巷道表面平整，采用錨網(wǎng)索支護(hù)時(shí)，有利于巷道成排成行支護(hù)，能夠節(jié)省支護(hù)時(shí)間，提高支護(hù)效率，且有利于巷道成本控制。

1 影響巷道成形的主要原因

1.1 地質(zhì)條件

開(kāi)掘巷道圍巖特征、埋深、地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力等都會(huì)對(duì)巷道成形造成影響。巷道圍巖軟硬程度影響成巷水平，圍巖越硬越有利于巷道的成形，但圍巖硬度過(guò)大會(huì)給施工帶來(lái)難度；埋深越大，巷道承受的壓力越大，越不利于成形；巷道所在區(qū)域存在斷層、陷落柱、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造也會(huì)給成巷帶來(lái)負(fù)面影響；有沖擊地壓的礦井還會(huì)導(dǎo)致成巷后出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象。

1.2 支護(hù)質(zhì)量

巷道截割成形后，要及時(shí)對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)質(zhì)量的好壞直接影響到巷道的成形效果。采用錨網(wǎng)索支護(hù)的巷道，如果支護(hù)材料本身的質(zhì)量存在問(wèn)題，將可能導(dǎo)致巷道支護(hù)效果不達(dá)標(biāo)，出現(xiàn)網(wǎng)包、片幫等現(xiàn)象，最終影響成形效果。同時(shí)，在支護(hù)作業(yè)中，如果支護(hù)設(shè)計(jì)不合理或者未按照支護(hù)設(shè)計(jì)的間排距施工，會(huì)造成圍巖受力不均勻，出現(xiàn)局部離層，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)發(fā)生頂板冒落事故。

1.3 工藝水平

巷道掘進(jìn)常采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)和炮掘兩種施工工藝。通常炮掘工藝會(huì)對(duì)圍巖產(chǎn)生擾動(dòng)影響，使圍巖裂隙發(fā)育程度增加，降低圍巖的強(qiáng)度，不利于巷道成形控制。隨著生產(chǎn)水平的不斷發(fā)展，綜合機(jī)械化掘進(jìn)的普及率越來(lái)越高，在巷道施工成形方面，綜合機(jī)械化是提高掘進(jìn)巷道成形的較優(yōu)選擇。

1.4 其他原因

除了以上原因外，影響巷道成形的原因還有很多，如巷道布局、支護(hù)設(shè)計(jì)、施工隊(duì)伍水平等都會(huì)影響到巷道成形水平。對(duì)于單個(gè)煤礦而言，地質(zhì)條件是穩(wěn)定的，在整個(gè)礦井區(qū)域內(nèi)不會(huì)有太大的改變；巷道布局、支護(hù)設(shè)計(jì)、工藝水平、支護(hù)材料等相對(duì)確定；隊(duì)伍施工水平在短時(shí)間內(nèi)也不會(huì)有很大的提高，但可以借助一些輔助工具來(lái)提高巷道成形水平。

2 全斷面成形裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理

為了解決掘進(jìn)工作面巷道成型效果差以及錨桿（索）定位不準(zhǔn)確的問(wèn)題，研發(fā)了一種掘進(jìn)工作面紅外激光指向全斷面成形裝置，該裝置能提升巷道掘進(jìn)時(shí)的成形效果，還能為頂板支護(hù)提供參照依據(jù)，為掘進(jìn)質(zhì)量的提高、實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)提供保障。

2.1 全斷面成形裝置的結(jié)構(gòu)

紅外激光指向全斷面成形裝置由可調(diào)節(jié)U型框架、紅外激光指向儀、錨桿（索）固定座等組成?？烧{(diào)節(jié)U型框架又由橫桿、豎桿及L型連接件組成。橫桿通過(guò)錨桿（索）固定座與巷道頂板上的錨桿（索）進(jìn)行固定；豎桿通過(guò)L型連接件與橫桿插接在一起，預(yù)留一定的插接長(zhǎng)度，調(diào)整好插接長(zhǎng)度后，用定位螺栓進(jìn)行固定。橫桿與豎桿上設(shè)有安裝位，用于安裝紅外激光指向儀，具體結(jié)構(gòu)示意圖如下頁(yè)圖1所示。

圖1 紅外激光指向全斷面成形裝置示意圖

2.2 全斷面成形裝置的工作原理

將全斷面成形裝置安裝在距離掘進(jìn)工作面迎頭20 m處（根據(jù)掘進(jìn)機(jī)作業(yè)時(shí)需要巷道空間而定）。按照掘進(jìn)工作面斷面調(diào)整好U形可調(diào)節(jié)框架固定尺寸，鎖死定位螺栓，根據(jù)巷道頂幫錨桿（索）間排距安裝紅外激光指向儀。進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，打開(kāi)紅外激光指向儀，根據(jù)紅外激光指向儀激光束打出的點(diǎn)陣輪廓進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)；支護(hù)頂板時(shí)，打開(kāi)頂部的紅外激光指向儀，利用激光束標(biāo)定錨桿錨索的位置；支護(hù)兩幫時(shí)，打開(kāi)兩幫的紅外激光指向儀，利用激光束標(biāo)定幫錨桿的位置。支護(hù)完一排后，在激光束的方向上用米尺量出下一排的距離，再繼續(xù)進(jìn)行下一排支護(hù)。激光束的有效指向距離為70 m，掘進(jìn)到位后，移動(dòng)全斷面成形裝置，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

試驗(yàn)巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)施工工藝，巷道采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式，巷道寬4.8 m，高2.8 m，斷面面積為13.44m2，掘進(jìn)巷道支護(hù)斷面圖如圖2所示。錨索規(guī)格為MS-1-21.8-10300，錨索間排距為1 800mm×2 000 mm，螺紋鋼錨桿規(guī)格為Φ22-M24-2400，錨桿間排距為900 mm×1 000 mm。

圖2 掘進(jìn)巷道支護(hù)斷面圖（mm）

將全斷面成形裝置固定在巷道錨桿上，根據(jù)錨桿（索）間排距調(diào)整激光指向儀的位置，并調(diào)整激光指向儀的方向以滿足巷道坡度要求，現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試如圖3所示。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，該裝置能夠滿足設(shè)計(jì)要求，巷道成形水平有了顯著提高，同時(shí)提高了掘進(jìn)效率。

圖3 激光指向儀現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試圖

4 結(jié)論

具有紅外激光指向功能的全斷面成形裝置，創(chuàng)新地解決了掘進(jìn)工作面巷道成型效果差以及錨桿（索）定位不準(zhǔn)確的問(wèn)題，大大提高了掘進(jìn)巷道成形水平，避免了因綜掘機(jī)司機(jī)操作水平參差不齊而造成的巷幫超挖欠挖情況，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)實(shí)現(xiàn)巷道的高效掘進(jìn)有現(xiàn)實(shí)意義。該裝置具有以下特點(diǎn)：

1）設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，桿件通過(guò)插接螺栓固定，連接簡(jiǎn)單可靠，紅外激光指向儀采用安全電壓供電，屬于本質(zhì)安全型設(shè)備，運(yùn)行安全可靠。

2）應(yīng)用紅外激光指向全斷面成形裝置進(jìn)行工作時(shí)，能夠在掘進(jìn)斷面上形成一個(gè)輪廓，掘進(jìn)機(jī)司機(jī)可按照輪廓截割煤體，不會(huì)出現(xiàn)多挖欠挖現(xiàn)象，成巷效果得到顯著提高。

3）在遇到地形變化時(shí)，可以調(diào)節(jié)激光指向儀的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)巷道的上下坡正常作業(yè)。