李旭東

（晉神沙坪煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036500）

0 引 言

煤礦采煤工作面切眼因需滿足工作面液壓支架、運(yùn)輸機(jī)及采煤機(jī)等綜采設(shè)備的安裝，造成切眼所需斷面較大，其掘進(jìn)方式也因斷面跨度大造成一次掘進(jìn)成巷困難，通常采用小斷面掘巷+二次擴(kuò)巷方式達(dá)到切眼所需寬度，該掘進(jìn)方式存在切眼施工工期長、頂板管理難度大，且二次擴(kuò)巷期間因受運(yùn)輸設(shè)備影響難以布置綜掘設(shè)備，需采取人工擴(kuò)巷，造成員工勞動(dòng)強(qiáng)度大[1]，此外，小斷面掘巷期間兩幫均需進(jìn)行支護(hù)，二次擴(kuò)巷期間需拆幫擴(kuò)巷造成材料浪費(fèi)，因此，需研究一次掘進(jìn)成巷且能減少員工勞動(dòng)強(qiáng)度的切眼大斷面綜掘施工技術(shù)，以解決以上問題。目前，掘錨一體機(jī)在煤礦井巷掘進(jìn)中已廣泛使用，本文針對(duì)掘錨一體機(jī)配套的橋式轉(zhuǎn)載機(jī)具備一定擺幅的特點(diǎn)[2]，研究了一套采用掘錨一體機(jī)進(jìn)行切眼大斷面一次掘進(jìn)成巷技術(shù)，有效解決了切眼大斷面采用小斷面掘巷+二次擴(kuò)巷形成的諸多弊端，可為切眼大斷面一次成巷掘進(jìn)提供技術(shù)參考。

1 概 況

沙坪煤業(yè)有限公司13102切眼掘進(jìn)工作面以南為井田邊界，以西為13101工作面，以東為13103工作面，對(duì)應(yīng)地面位于王玉莊村東南、菅家溝村西南的貓兒溝排土場下方。13102切眼設(shè)計(jì)工程量180.5 m，巷道沿煤層頂板掘進(jìn)，斷面形狀為直墻矩形，巷寬7.8 m，巷高3.8 m，掘進(jìn)斷面28.86 m2，凈斷面27.65 m2；正對(duì)切眼的絞車硐室深度5 m，巷寬5.5 m，巷高3.8 m。切眼內(nèi)調(diào)車硐室深度5 m，巷寬5.5 m，巷高3.8 m，共2個(gè)調(diào)車硐室。正幫側(cè)采煤機(jī)機(jī)窩全長40 m，深度1.5 m。巷道開口20 m段巷寬10.5 m，巷高3.8 m。切眼采用ABM20型掘錨一體機(jī)掘進(jìn)及支護(hù)，掘進(jìn)煤矸通過掘錨一體機(jī)輸送機(jī)運(yùn)至橋式轉(zhuǎn)載機(jī)，最后使用皮帶機(jī)運(yùn)出，輔助運(yùn)輸為無軌膠輪車。13102切眼巷道平面如圖1所示。

圖1 1 31 02巷道平面圖Fig.1 Roadway layout of No.13102 Face

2 支護(hù)設(shè)計(jì)、工藝及質(zhì)量要求

2.1 切眼斷面支護(hù)設(shè)計(jì)

（1）頂部支護(hù)。頂部錨桿選用φ18mm×2 000 mm圓鋼錨桿，錨桿間排距為800mm×1 000 mm，配合長度為2.5 m×（5.6+2.3）m的鐵絲網(wǎng)支護(hù)。頂部錨網(wǎng)支護(hù)后，及時(shí)采用錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，錨索選用φ17.8mm×8 000 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，間排距為1 500 mm×2 000 mm，配合W鋼帶支護(hù)，W鋼帶型號(hào)為0.23 m×3.6 m，W鋼帶搭接使用。采用CK2360樹脂錨固劑錨固錨桿、錨索。

頂部錨網(wǎng)支護(hù)及錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后，隨巷道掘進(jìn)在皮帶外側(cè)施工一排單體支柱對(duì)頂板進(jìn)行加固，單體支柱配合4 m長π型鋼形成一梁三柱。切眼施工完畢并拆除掘進(jìn)設(shè)備及膠帶后，施工兩排單體支柱進(jìn)行加固，單體支柱間距1 m，排距3.5 m，3排單體柱居中布置。

（2）幫部支護(hù)。切眼正幫使用φ22 mm×2 000 mm玻璃鋼錨桿，幫網(wǎng)采用2.5 m×5 m硬質(zhì)塑料網(wǎng)支護(hù)，錨桿呈矩形對(duì)稱布置，間排距為2 000mm×2 400 mm；負(fù)幫選用φ16 mm×1 800 mm的圓鋼錨桿，幫網(wǎng)采用寬2.5 m、長5 m的金屬網(wǎng)支護(hù)，錨桿呈矩形對(duì)稱布置，間排距為1 000 mm×1 600 mm。在掘進(jìn)過程中，幫部破碎時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況縮小錨桿間排距，保證兩幫支護(hù)到位方可進(jìn)行掘進(jìn)。13102切眼斷面支護(hù)如圖2所示。

圖2 1 31 02切眼支護(hù)斷面Fig.2 Open-off cut support section of No.13102 Face

2.2 支護(hù)工藝及質(zhì)量驗(yàn)收要求

（1）頂部支護(hù)工藝。頂部錨桿、錨索支護(hù)均由ABM20型掘錨一體機(jī)上的4個(gè)頂錨鉆箱完成，根據(jù)支護(hù)設(shè)計(jì)，頂部共10根錨桿及4根錨索，其中頂部兩側(cè)距幫300 mm處各施工1根錨桿，其余中間錨桿間距均為800 mm，切槽時(shí)每排先支護(hù)切槽部分的頂部7根錨桿及3根錨索，采垛完成后再補(bǔ)齊采垛部分頂部3根錨桿及2根錨索，錨桿、錨索施工順序均為先中間、后兩側(cè)。

（2）幫部支護(hù)工藝。頂部錨網(wǎng)及錨索支護(hù)完成后，由風(fēng)動(dòng)錨頭完成巷道正幫、負(fù)幫的支護(hù)。負(fù)幫施工幫錨桿每排3根，最上面一根錨桿距頂間距200 mm，其余錨桿間距1 m，排距1.6 m。正幫施工錨桿每排2根，最上面一根錨桿距頂間距200 mm，其余錨桿間距2 m，排距2.4 m。幫部錨桿施工順序?yàn)閺纳贤率┕ぁ?/p>

（3）掘進(jìn)工作面永久支護(hù)后最大未支護(hù)距離的確定。掘進(jìn)工作面循環(huán)進(jìn)尺為1 m，因掘錨一體機(jī)最小未支護(hù)距離為2.4 m，故距工作面迎頭最大未支護(hù)距離為3.4 m。錨索每2 m進(jìn)行一排支護(hù)，永久支護(hù)后錨索距工作面迎頭最大未支護(hù)距離為5.4 m，幫錨桿距工作面最大未支護(hù)距離為15 m（掘錨一體機(jī)長度+最小控頂距）。

（4）為確保切眼大斷面支護(hù)質(zhì)量，必須嚴(yán)格進(jìn)行切眼支護(hù)質(zhì)量檢查驗(yàn)收，主要檢測巷道寬度、高度、錨桿（索）間排距、錨桿扭矩、錨索張拉力等支護(hù)參數(shù)及質(zhì)量。每班由跟班隊(duì)干對(duì)當(dāng)班所施工的錨桿扭矩進(jìn)行驗(yàn)收，及時(shí)補(bǔ)打失效錨桿，對(duì)當(dāng)班檢測扭矩不達(dá)標(biāo)的錨桿必須進(jìn)行二次緊固，檢測后按要求填寫相關(guān)記錄。定期對(duì)巷道錨桿、錨索進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不達(dá)標(biāo)，要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)打并按照要求填寫相關(guān)記錄。具體驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如下：

巷道寬度/mm 0～+100

巷道高度/mm -100～+100

錨桿間排距/mm -100～+100

錨桿安裝角度/（°） 與巖面≥75

錨桿外露長度/mm 露出螺母10～50

錨桿螺母扭矩/（N·m-1） ≥260

錨索間排距/mm -100～+100

錨索外露長度/mm 露出鎖具150～250

錨索張拉力/kN ≥100

3 大斷面一次成巷施工方案

由于ABM20型掘錨一體機(jī)在整機(jī)不動(dòng)的情況下最大可截割寬度為5.2 m，而13102切眼設(shè)計(jì)寬度7.8 m，故一次掘進(jìn)成巷需分為切槽及采垛2次工序來完成，即先掘進(jìn)切槽部分，然后利用橋式轉(zhuǎn)載機(jī)可左右擺動(dòng)10°的特點(diǎn)，將掘錨一體機(jī)后退并行進(jìn)至采垛部分進(jìn)行掘進(jìn)，并在2個(gè)部分掘進(jìn)期間，現(xiàn)場員工可與掘錨一體機(jī)進(jìn)行錯(cuò)位平行作業(yè)，以提高人、機(jī)工作效率。

（1）切槽、采垛斷面劃分及設(shè)備鋪設(shè)。根據(jù)掘錨一體機(jī)最大可截割寬度及13102切眼設(shè)計(jì)寬度情況，將正幫側(cè)5 m作為先行截割的切槽部分，將負(fù)幫側(cè)2.8 m作為采垛部分。采用激光指向儀標(biāo)示巷道中線，膠帶輸送機(jī)鋪設(shè)位置為靠近巷道中線并偏正幫位置（便于橋式轉(zhuǎn)載機(jī)后方沿巷中打設(shè)單體支柱）。

（2）掘進(jìn)及支護(hù)平行作業(yè)施工。掘進(jìn)作業(yè)前，先利用激光指向儀標(biāo)定的巷道中點(diǎn)，標(biāo)示出巷道兩幫輪廓線及切槽、采垛分界線，然后再開機(jī)掘進(jìn)。掘進(jìn)期間，先截割切槽部分，掘錨一體機(jī)掘進(jìn)一個(gè)循環(huán)深度時(shí)，對(duì)空頂部分進(jìn)行錨桿及錨索支護(hù)，邊掘進(jìn)邊支護(hù)頂部錨桿、錨索，直至掘進(jìn)3個(gè)循環(huán)（3 m）并完成頂部支護(hù)及煤矸清運(yùn)后，將掘錨一體機(jī)退出，然后行進(jìn)至采垛部分進(jìn)行截割，并按掘進(jìn)切槽部分的施工方案進(jìn)行掘進(jìn)及支護(hù)工藝，依此工序進(jìn)行切槽、采垛間交替掘進(jìn)的方式往前掘進(jìn)。在掘錨一體機(jī)退出切槽部分并掘進(jìn)采垛部分期間，作業(yè)人員可進(jìn)入切槽部分利用風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)施工幫部錨桿，在掘進(jìn)切槽部分期間，作業(yè)人員換至采垛部分施工幫部錨桿，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)平行作業(yè)。

（3）設(shè)備檢修與支護(hù)平行作業(yè)。為保證設(shè)備高效正常運(yùn)轉(zhuǎn)，每天早班前半班為設(shè)備檢修時(shí)間，檢修期間，將掘錨一體機(jī)退出迎頭5 m以外，掘進(jìn)作業(yè)人員可進(jìn)入迎頭，對(duì)未完成支護(hù)的幫部進(jìn)行補(bǔ)打錨桿，對(duì)頂部采用掘錨一體機(jī)未及時(shí)施工的錨索進(jìn)行補(bǔ)打，確保及時(shí)補(bǔ)齊支護(hù)，為正規(guī)作業(yè)循環(huán)打下基礎(chǔ)。

4 存在的風(fēng)險(xiǎn)及防范措施

（1）大斷面一次成巷施工期間，可能因斷面跨度較大發(fā)生頂板冒落事故，需采取相應(yīng)的防范措施。一是必須按劃分的切槽、采垛區(qū)域分次掘進(jìn)，以減少一次掘進(jìn)斷面的最大跨度；二是掘進(jìn)期間必須及時(shí)支護(hù)，掘進(jìn)深度達(dá)到一個(gè)循環(huán)后，利用掘錨一體機(jī)頂部的4個(gè)頂錨鉆箱完成巷道頂板支護(hù)，頂部未支護(hù)深度不得超過2 m[3]；三是及時(shí)進(jìn)行幫部支護(hù)，防止大跨度頂板作用于未支護(hù)的幫部，造成片幫事故，幫部支護(hù)滯后迎頭不宜超過5 m。

（2）人、機(jī)錯(cuò)位平行作業(yè)期間，可能發(fā)生設(shè)備傷人事故，需采取相應(yīng)的防范措施。一是掘錨一體機(jī)操作人員為經(jīng)過培訓(xùn)并取得特種作業(yè)操作資格證的專職司機(jī)，并嚴(yán)格按作業(yè)規(guī)程及操作規(guī)程進(jìn)行規(guī)范操作[4-6]；二是進(jìn)行錯(cuò)位平行作業(yè)的支護(hù)人員嚴(yán)格執(zhí)行平行作業(yè)相關(guān)措施要求，在人員作業(yè)側(cè)距離掘錨一體機(jī)1 m處拉警戒線，防止人員進(jìn)入設(shè)備掘進(jìn)側(cè)；三是由跟班隊(duì)長現(xiàn)場協(xié)調(diào)指揮，全面負(fù)責(zé)迎頭平行作業(yè)期間安全。

5 工程實(shí)踐效果分析

采用掘錨一體機(jī)在沙坪煤業(yè)有限公司13102切眼進(jìn)行大斷面一次成巷施工工程實(shí)踐后，通過與以往先掘巷再擴(kuò)二排巷達(dá)到設(shè)計(jì)寬度的方案進(jìn)行效果對(duì)比，大斷面一次成巷方案具有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

（1）掘錨一體機(jī)施工大斷面巷道掘進(jìn)工序多樣化，避免了單一掘進(jìn)工序的約束性，通過大斷面人、機(jī)錯(cuò)位平行作業(yè)方案，提高了施工效率，平均日進(jìn)度7.5 m，24 d完成13102切眼工程，較以往二次擴(kuò)巷工期縮短12 d，節(jié)約人工540個(gè)，避免了人工擴(kuò)二排巷期間的高強(qiáng)度作業(yè)。

（2）掘錨一體機(jī)施工大斷面巷道采用切槽、采垛兩2個(gè)掘進(jìn)工序，可以以垛為柱，加強(qiáng)頂板的完整性及強(qiáng)度，減少掘進(jìn)時(shí)頂板受采動(dòng)的影響。

（3）采用大斷面一次成巷方案，減少二次擴(kuò)巷期間造成的幫部支護(hù)后再拆幫擴(kuò)二排巷造成材料浪費(fèi)，節(jié)約支護(hù)成本約15萬元。

6 結(jié) 語

采用掘錨一體機(jī)進(jìn)行切眼掘進(jìn)期間，可利用橋式轉(zhuǎn)載機(jī)的擺幅對(duì)切眼大斷面進(jìn)行一次掘進(jìn)成巷，并采取分區(qū)掘進(jìn)進(jìn)行人、機(jī)錯(cuò)位平行作業(yè)，提高了掘進(jìn)工效，避免了二次擴(kuò)巷造成的工期長、材料浪費(fèi)及巷道受采動(dòng)影響時(shí)間長等問題，且避免了人工擴(kuò)二排巷期間的高強(qiáng)度作業(yè)，對(duì)礦井接替、經(jīng)濟(jì)效益及安全作業(yè)均取得了較好成果。