張利兵

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云草垛溝煤業(yè)有限公司，山西 大同 037100）

1 工程概況

山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云草垛溝煤業(yè)有限公司主采5#、8#、11#、14#煤層。8103 工作面切眼布置在8 號(hào)煤層中，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為64.8 m，寬度為7.7 m，高度為3.8 m。切眼采煤機(jī)安裝硐室長(zhǎng)度為16 m，寬度為9.2 m。8 號(hào)煤層厚度為2.53～8.34 m，平均厚度為4.87 m，煤層傾角為55°～59°，平均傾角為57°，含0～2 層夾矸，個(gè)別可達(dá)3～4 層夾矸，夾矸厚度為0.08～1.8 m?；卷敒楹穸?.34 m 的粗粒砂巖，直接頂為厚度2.24 m 的中粗粒砂巖，底板為厚度2.17 m 的中、粗粒砂巖，局部為砂質(zhì)泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖。

2 開切眼掘進(jìn)方案的設(shè)計(jì)

當(dāng)前，對(duì)于急傾斜煤層采煤工作面開切眼掘進(jìn)施工是綜采工作面面臨的一大難題。草垛溝煤業(yè)在綜采工作面急傾斜煤層大斷面開切眼施工上進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)研究，設(shè)計(jì)了開切眼從上向下采用鉆爆法掘進(jìn)的工藝方案[1-6]，主要采用全液壓鉆機(jī)從下往上施工眼孔，再從下往上擴(kuò)孔形成下煤通道。從應(yīng)用實(shí)踐來看，該方案可以有效解決工作面片幫、飛矸等安全問題，應(yīng)用效果較好。從整體上來看，該方案仍然是屬于鉆爆法掘進(jìn)，依然存在施工期間需要頻繁撤人、煤層頂?shù)装迦菀灼茐摹⑾旅和ǖ酪锥氯?、施工效率不高等問題。

為有效提高8103 開切眼的掘進(jìn)施工效率，保障掘進(jìn)施工安全，經(jīng)技術(shù)考察，提出了開切眼機(jī)械化掘進(jìn)一次成巷技術(shù)方案。采用MWD2/0.12L 型煤礦用液壓挖掘機(jī)進(jìn)行破煤、裝煤，從上往下進(jìn)行臺(tái)階式掘進(jìn)作業(yè)，通過下煤通道將煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)至機(jī)巷帶式輸送機(jī)，再運(yùn)至煤倉。全斷面掘進(jìn)后再對(duì)頂、幫及底板進(jìn)行支護(hù)。

3 開切眼掘進(jìn)一次成巷技術(shù)的實(shí)踐

3.1 使用液壓挖掘機(jī)約束條件分析

MWD2/0.12L型煤礦用液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1，主要包括工作裝置總成、頂棚、液壓系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、推土鏟、電氣系統(tǒng)、機(jī)罩、底盤總成等部件。

圖1 MWD2/0.12L 型煤礦用液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

采用該挖掘機(jī)對(duì)其在急傾斜煤層開切眼內(nèi)使用的約束條件進(jìn)行了模擬分析，如圖2。確定開切眼機(jī)械化掘進(jìn)約束條件為：煤層傾角為55°～90°，煤層厚度大于2.5 m。

圖2 挖掘機(jī)約束空間使用模式圖

3.2 開切眼掘進(jìn)機(jī)械破煤矸石臺(tái)階施工工藝

（1）采用挖掘機(jī)液壓錘對(duì)開切眼靠近煤壁側(cè)煤矸石進(jìn)行破碎作業(yè)，破巖深度設(shè)置為700 mm，破碎作業(yè)時(shí)加強(qiáng)灑水降塵。

（2）操作挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)平臺(tái)，調(diào)轉(zhuǎn)液壓錘對(duì)靠近采空區(qū)側(cè)煤矸石進(jìn)行破碎松動(dòng)作業(yè)。

（3）將挖掘機(jī)的液壓錘更換為推土鏟，采用臺(tái)階式轉(zhuǎn)載開切眼內(nèi)煤矸石進(jìn)入下煤通道，當(dāng)掘進(jìn)距離達(dá)到3 m 時(shí)對(duì)切眼巷道頂、幫、底板進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)。

（4）在進(jìn)風(fēng)巷安設(shè)SGW-40T 橋式轉(zhuǎn)載機(jī)和帶式輸送機(jī)，下煤通道內(nèi)護(hù)壁套筒末端搭接于橋式轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾。

（5）按以上工藝進(jìn)行循環(huán)作業(yè)，直至切眼掘進(jìn)至距下口4 m 處停止施工，如圖3。

圖3 8103 開切眼機(jī)械化掘進(jìn)施工工藝示意圖

3.3 急傾斜煤層開切眼一次成巷技術(shù)

3.3.1 急傾斜煤層開切眼

8103 開切眼為矩形斷面，設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度7700 mm，掘進(jìn)高度3600 mm，掘進(jìn)斷面積27.72 m2。對(duì)8103 開切眼掘進(jìn)后采用巷道頂板、兩幫及底板的四方主動(dòng)支護(hù)。

開切眼完好時(shí)，頂板支護(hù)方案為：“錨桿+錨索+金屬菱形網(wǎng)+鐵托盤”聯(lián)合支護(hù)。錨桿規(guī)格為Ф18 mm×L2000 mm 的左旋等強(qiáng)螺紋鋼錨桿，錨桿間排距1000 mm×1000 mm，每根錨桿眼孔內(nèi)使用1 卷CK2370 型樹脂藥卷和1 卷Z2370 型樹脂藥卷；錨索規(guī)格為Ф15.24 mm×L5000 mm 的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨索為三排五花布置，錨索間排距3000 mm×2000 mm，每根錨索眼孔內(nèi)使用1 卷CK2370型樹脂藥卷和2 卷Z2370 型樹脂藥卷，錨索托盤為240 mm×240 mm×14 mm 的鋼板加工而成；金屬菱形網(wǎng)使用10#以上鐵絲編織，網(wǎng)格尺寸50 mm×50 mm，鐵托盤為150 mm×150 mm×10 mm碟形托盤。

開切眼頂板離層或遇斷層時(shí)，支護(hù)方案為：在“錨桿+錨索+金屬菱形網(wǎng)+鐵托盤”聯(lián)合支護(hù)方案基礎(chǔ)上，使用Ф12 mm 鋼筋梯聯(lián)合支護(hù)，在斷層上、下盤各增加1 組Ф15.24 mm×L5000 mm 的預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

開切眼兩幫支護(hù)方案為：“錨桿+金屬菱形網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)。錨桿為Ф16 mm×L1800 mm，錨桿間排距1500 mm×1000 mm；金屬菱形網(wǎng)使用10#以上鐵絲編織，網(wǎng)格尺寸50 mm×50 mm。

開切眼底板支護(hù)方案為：“錨桿+金屬菱形網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)。錨桿為Ф16 mm×L1800 mm，錨桿間排距1500 mm×1500 mm；金屬菱形網(wǎng)使用10#以上鐵絲編織，網(wǎng)格尺寸50 mm×50 mm。

3.3.2 急傾斜煤層開切眼采煤機(jī)滾筒安裝硐室段

8103 切眼設(shè)計(jì)一個(gè)16 m 的采煤機(jī)滾筒安裝硐室，掘進(jìn)寬度為9.2 m，掘進(jìn)斷面積為33.12 m2。對(duì)采煤機(jī)滾筒安裝硐室段采用巷道頂板、兩幫及底板的四方主動(dòng)支護(hù)，支護(hù)方式與開切眼支護(hù)基本一致。基于采煤機(jī)滾筒安裝硐室段跨度較大，對(duì)該段頂板進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，調(diào)整方案為：錨索為Ф15.24 mm×L7000 mm 的預(yù)應(yīng)力鋼絞線；槽鋼梁（12 號(hào)槽鋼，L=4000 mm）沿走向配錨索支護(hù)，錯(cuò)排布置，傾向間距2000 mm。

4 實(shí)施效果

（1）采用MWD2/0.12L 型煤礦用液壓挖掘機(jī)+巷道頂板、兩幫及底板的四方主動(dòng)支護(hù)，有效提高了急傾斜煤層開切眼掘進(jìn)速度。施工長(zhǎng)度64.8 m的8103 切眼，其平均單進(jìn)水平為2.45 m/d，對(duì)比以往鉆爆法的平均單進(jìn)水平1.65 m/d，該技術(shù)方案可提高單進(jìn)水平約48.48%。

（2）急傾斜煤層開切眼機(jī)械化掘進(jìn)一次成巷技術(shù)應(yīng)用后，工作人員從9 名減少為7 名，人工成本大幅度節(jié)??；同時(shí)機(jī)械化掘進(jìn)效率的提高，使得回采條件提前形成，有效緩解采煤接替緊張局面。

（3）急傾斜煤層開切眼機(jī)械化掘進(jìn)一次成巷技術(shù)在8103 開切眼中的成功應(yīng)用，為解決急傾斜煤層開切眼安全快速掘進(jìn)的問題提供了新技術(shù)和新方法，具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。