陳偉強

（皖北煤電集團恒源股份有限公司五溝煤礦，安徽 淮北 235131）

1010-1 掘進工作面作為皖北煤電集團公司2021年重點工程的其中一項，也是五溝煤礦2021 年重點掘進工作面，關(guān)系到礦井2021-2022 年生產(chǎn)接替問題。1010-1 風巷聯(lián)巷及風巷掘進工程量1 280 m、1010-1機巷聯(lián)巷及機巷掘進工程量970 m、1010-1 切眼掘進工程量160 m，綜上，1010-1 工作面掘進總工程量2 410 m，施工工藝主要采用綜合機械化掘進工藝。

1 遇到問題

1010-1 風巷聯(lián)巷設計為沿空送巷、與1016 采空區(qū)、1012 采空區(qū)之間留設4～8 m 煤柱，巷道掘進期間，面臨著多次調(diào)向撥門、機電設備安拆頻繁；沿空掘進過老硐、穿老巷、探放老空水機新掘巷道易受壓變形；地質(zhì)條件復雜、過斷層、“四含”改造效果鉆探驗證等許多影響安全生產(chǎn)和快速掘進的客觀因素。與1010-1 機巷聯(lián)巷貫通前，1010-1 風巷掘進期間，出貨系統(tǒng)最多達到7 部出貨設備（膠帶機5 部、鏈板機2 部），出貨系統(tǒng)復雜、出貨路線距離長。

1010-1 機巷聯(lián)巷及機巷掘進按照“一站到位”設計原則，機頭硐室、安拆硐室及車場一次性施工到位，出貨系統(tǒng)直接安裝DSJ100/80/2×110 型皮帶機，巷道掘進期間，面臨著巖巷/煤巷大斷面（超寬、超高）施工；地質(zhì)條件復雜、過斷層、“四含”改造效果鉆探驗證等影響安全生產(chǎn)和快速掘進的客觀因素，提高單進水平十分困難。

2 解決對策

根據(jù)皖北煤電集團公司2021 年重點采掘接替要求，1010-1 工作面必須在2022 年1 月31 日前實現(xiàn)全系統(tǒng)貫通，這迫切需要深入推進安全技術(shù)經(jīng)濟一體化、不斷推廣“四新”技術(shù)應用和礦井“四化”建設、不斷優(yōu)化勞動組合、進一步提高單進水平，才能確保1010-1 工作面安全、快速、高效掘進，才能從根本上扭轉(zhuǎn)生產(chǎn)接替的被動局面，才能完成皖北煤電集團公司重點工程任務。

針對以上困難，五溝煤礦緊緊圍繞“1010-1 工作面快速掘進和一站到位”課題目標，精心研究、精準施策，先后采取了“精準過斷層施工方法技術(shù)研究與實踐”“不停頭安裝皮帶機施工工藝優(yōu)化與實踐”“帶式輸送機集中控制系統(tǒng)推廣應用”“巖巷大斷面正臺階法施工工藝技術(shù)研究”“矸石地倉的設計與應用”和“1010-1機巷與1010-1 風巷交替掘進施工優(yōu)化”等技術(shù)改進和創(chuàng)新，極大地提高了掘進效率和單進水平，提前公司計劃41 d 實現(xiàn)1010-1 工作面的全系統(tǒng)貫通（貫通日期2021 年12 月20 日）。

3 精準過斷層施工方法技術(shù)研究與實踐

按照集團公司7 項攻堅中“實施變過斷層為治斷層攻堅”的精神要求，五溝煤礦在1010-1 工作面深入實施“精準過斷層施工方法技術(shù)研究與實踐”，掘進期間先后安全順利揭過F14-1 正斷層、F14-2 正斷層、F14-4 正斷層、DF407 正斷層等多個地質(zhì)斷層，為掘進工作面精準過斷層和治理斷層積累了寶貴經(jīng)驗，下面列舉3 個典型案例進行具體分析。

3.1 1010-1 風巷聯(lián)巷過F4-1 正斷層施工方法技術(shù)研究與實踐

根據(jù)地質(zhì)預報書，1010-1 風巷聯(lián)巷迎頭施工至E11點前55 m 將揭露F4-1 正斷層上盤，若繼續(xù)沿煤跟頂施工進入下盤，則下盤煤層將位于迎頭上部，很難直接攆上頂板，造成托煤頂施工，頂板管理安全風險較大。

經(jīng)研究決定，1010-1 風巷聯(lián)巷迎頭施工至E11點前39 m 處開始變坡按照15°上山攆F4-1 正斷層下盤煤施工，跟上10 煤層煤頂后沿煤跟頂施工如圖1 所示。按照此施工方案，過該斷層時順利攆上下盤煤層頂板，消除了因托煤頂施工導致進度緩慢和安全隱患大的不利條件。

圖1 1010-1 風巷聯(lián)巷過F4-1 正斷層施工平面和剖面示意圖

3.2 1010-1 風巷聯(lián)巷過F4-2 正斷層施工方法技術(shù)研究與實踐

根據(jù)1010-1 風巷聯(lián)巷下穿1016 機巷及1010-1外段機巷施工要求，穿巷施工段采用架29U 型鋼梯形棚支護，按照原設計迎頭施工至E14點前70 m 處開始變坡，按照+13°上山攆F4-2 正斷層上盤煤施工如圖2所示。巷道掘進時，對頂板煤層賦存情況探查清楚后，迎頭架棚坡度調(diào)整為16°上山，加大攆煤坡度，當1010-1 風巷聯(lián)巷施工至E16點前20 m 時，迎頭開始見煤即揭露斷層上盤煤層，經(jīng)現(xiàn)場探查棚梁以上煤厚達1.5 m，且此時迎頭距調(diào)向撥門位置僅剩余5 m，這必須要求強制更改為錨網(wǎng)帶索支護并攆上頂板，確保調(diào)向撥門安全施工。

圖2 1010-1 風巷聯(lián)巷過F4-2 正斷層施工平面和剖面示意圖

經(jīng)研究決定，1010-1 風巷聯(lián)巷自E16點前20 m 處開始由架棚支護更改為錨網(wǎng)帶索支護，然后按照至少18°上山攆F4-2 正斷層上盤煤施工，并采取以下安全技術(shù)措施：（1）采用注漿管配合久米納礦用無機加固雙組份速凝材料（KWJG-4 型）超前注漿加固頂板；（2）托煤頂段錨索改用規(guī)格為L×φ=9000×21.8 mm 的高強度錨索，且加密布置；（3）托煤頂段頂板采用注漿管配合久米納礦用無機加固復合砂漿（KWJG-1 型）進行噴注漿加固。通過以上加強支護、加固頂板方案，該段巷道頂板得到安全有效控制，目前支護材料無明顯變化。

3.3 1010-1 機巷聯(lián)巷過DF407 正斷層施工方法技術(shù)研究與實踐

根據(jù)地質(zhì)預報書及DF407 正斷層鉆探結(jié)果，礦研究確定1010-1 機巷聯(lián)巷過DF407 正斷層施工方案：1010-1 機巷聯(lián)巷迎頭自C28點前13 m 處開始按17°上山施工，預計施工至C28點前38.5 m 時將揭露DF407 正斷層上盤煤層，繼續(xù)向前施工至C28點前42.5 m時將開始托煤頂施工，預計最大托煤頂厚度8.2 m，然后繼續(xù)按17°上山攆正斷層下盤煤施工如圖3 所示。

圖3 1010-1 機巷聯(lián)巷過DF407 正斷層施工平面和剖面示意圖

為保證大角度攆煤及托煤頂施工期間的安全管理，制訂加強支護、頂板加固方案：（1）采用注漿管配合久米納礦用無機加固雙組份速凝材料（KWJG-4 型）超前注漿加固頂板；（2）托煤頂段錨桿支護無法滿足安全要求時，采用錨索（規(guī)格為L×φ=7300×17.8 mm）及柔性錨桿（規(guī)格為L×φ=3500×17.8 mm）代替錨桿進行支護；（3）托煤頂段錨索改用規(guī)格為L×φ=9000×21.8 mm的高強度錨索，且加密布置；（4）托煤頂段頂板采用注漿管配合久米納礦用無機加固復合砂漿（KWJG-1 型）進行噴注漿加固。通過以上管控措施，頂板得到安全控制，目前該段巷道無明顯變形現(xiàn)象。

地質(zhì)條件復雜是五溝煤礦顯著的礦井特征，1010-1工作面更是明顯受到多個斷層的綜合影響，通過開展實施“精準過斷層施工方法技術(shù)研究與實踐”，及時總結(jié)過斷層施工方法和實踐經(jīng)驗，并將久米納礦用無機加固材料（新材料）引入到超前治理斷層、加固斷層中去，為安全精準過斷層提供了新方法，加快了掘進進度，提高了單進水平。

4 不停頭安裝皮帶機施工工藝優(yōu)化與實踐

1010-1 風巷系統(tǒng)掘進期間，前后4 次調(diào)向撥門；1010-1 機巷系統(tǒng)掘進期間，前后2 次調(diào)向撥門。按照以往施工經(jīng)驗，在掘進尺巷道初始調(diào)向施工時，需采用掘進機配合鏈板機出貨，鏈板機按照膠中線鋪設，在進尺一定距離后（約70 m），需停頭拆除鏈板機、安裝皮帶機。而皮帶機安裝及調(diào)試完好運轉(zhuǎn)正常最快也需要3 個圓班，這樣就會影響正常進尺3 個圓班，嚴重制約著巷道單進水平。

通過實施“不停頭安裝皮帶機施工工藝優(yōu)化與實踐”，在每次巷道調(diào)向施工鋪設鏈板機時，改變鏈板機鋪設位置，鏈板機不再占用膠中線，將皮帶機安裝位置預留出來，如圖4 所示。這樣在掘進進尺時就可以陸續(xù)進皮帶機組件，實施“不停頭”組裝皮帶機。當皮帶機安裝好調(diào)試正常及掘進機二運安裝好后，再將鏈板機拆除，就可以實現(xiàn)系統(tǒng)快速轉(zhuǎn)換，無縫銜接。

圖4 皮帶機安裝改進前后示意圖

通過安裝工藝改進，采用這種方法可以實現(xiàn)不停頭安裝皮帶機，將影響降到最低。在1010-1 風巷聯(lián)巷2-2 段、3-3 段聯(lián)巷調(diào)向施工時及1010-1 風巷、1010-1 機巷撥門施工時，均采用此種方法安裝皮帶機，效果明顯，為單進水平的提高創(chuàng)造了有利條件，也為其他掘進工作面不停頭安裝皮帶機提供了寶貴經(jīng)驗。

5 帶式輸送機集中控制系統(tǒng)推廣應用

1010-1 風巷系統(tǒng)掘進期間，出貨系統(tǒng)多達7 部運輸設備（5 部皮帶機、2 部鏈板機）；1010-1 機巷系統(tǒng)掘進期間，出貨系統(tǒng)有3 部皮帶機。按照一部設備分配一名司機的配置標準，1010-1 工作面兩巷每班至少需要10 名司機，對于綜合機械化掘進工作面，人員配備稍顯不足，給加快掘進進度和提高單進水平造成了一定影響。

通過在1010-1 風巷聯(lián)巷及1010-1 機巷聯(lián)巷皮帶機上安裝“帶式輸送機集中控制系統(tǒng)”，1010-1 風巷聯(lián)巷第一部皮帶機、第一部鏈板機、第二部皮帶機、第三部皮帶機及第四部皮帶機共5 部設備實現(xiàn)集中控制，如圖5 所示，每班僅需1 名司機操作即可；1010-1 機巷聯(lián)巷第一部皮帶機、第二部皮帶機及第三部皮帶機共3 部設備實現(xiàn)集中控制，由1 名司機就可完成操作。

圖5 帶式輸送機集中控制系統(tǒng)

1010-1 工作面兩巷皮帶機實現(xiàn)集中控制后，每班每頭可以節(jié)約6 人，這些人員可以分配到運送物料、迎頭作業(yè)等環(huán)節(jié)，加快了當班施工進度，為單進水平的提高提供了一定人力支撐。

6 巖巷大斷面正臺階法施工工藝技術(shù)研究與實踐

為貫徹落實“一站到位”設計思想，1010-1 機巷聯(lián)巷在設計及施工時，一次性將皮帶機機頭硐室、支架安拆硐室及車場施工完成，并直接安裝回采期間使用的DSJ100/80/2×110 型皮帶機。由于硐室及車場設計斷面（超寬達6.7 m、超高達6 m）大，且在巖層中施工，施工難度加大。

因巷道斷面較大，采用全斷面一次爆破施工難度較大，而且采用炸藥量校核風量時，現(xiàn)有的FBD №6.0/2×30 局扇不能滿足風量要求。為保證施工安全和提高巷道成型，經(jīng)研究決定采用正臺階法施工，即首先掘出上部并進行支護，上部掘支護完成后再施工下部并支護，下臺階滯后上臺階不小于5 m。

巖巷的爆破效果在很大程度上決定著炮掘巷道的單進水平，尤其是在巖巷爆破施工中出現(xiàn)欠挖、超挖、爆破后大塊矸石多是影響施工進度的主要因素。在1010-1機巷聯(lián)巷施工初期就出現(xiàn)了上述情況，欠挖需要重新用風鎬刷幫或爆破剝幫，超挖不僅增大出矸量還要修整成型，大塊矸石無法進入運矸系統(tǒng)需人工破碎，這些均大大延長了施工時間，打破了正規(guī)作業(yè)循環(huán)。根據(jù)上述情況不斷分析摸索，優(yōu)化了炮眼布置及爆破參數(shù)。

（1）原爆破施工時，采用單排楔形掏槽，掏槽眼深2 000 m、輔助眼及周邊眼深1 800 mm，在眼底處掏槽眼與最近的輔助眼眼距達到950 mm，因此爆破施工后大塊矸石多，而且每循環(huán)進尺僅能達到1 400 mm左右。通過分析，對爆破參數(shù)進行了優(yōu)化，首先通過調(diào)整掏槽眼的角度及間距，再增加兩排掏槽眼（原有兩排掏槽眼），減小眼底處掏槽眼與輔助眼的間距，使其不大于500 mm。再次在掏槽眼中間均勻布置6 個中空炮眼以增加自由面，同時還可以防止掏槽眼范圍內(nèi)行成大塊矸石。通過優(yōu)化后取得了很好的爆破效果，大塊矸石明顯減少，每循環(huán)進尺可以到達1 600 mm 左右。

（2）提高炮眼施工質(zhì)量，要求班隊長親自畫出炮眼輪廓線，標定眼位。打眼時劃分區(qū)域，定人、定鉆、定眼位、定責任，炮眼施工結(jié)束后由班隊長親自驗收炮眼深度、方位、傾角，裝藥時嚴把裝藥質(zhì)量。通過上述舉措大大提高了爆破效果，欠挖、超挖現(xiàn)象明顯減少。

通過實施正臺階法及炮眼參數(shù)優(yōu)化，大大提高了進尺效率，由初期周進尺8 m 提高至周進尺14.4 m，折合月進尺為61.7 m，提升效果明顯，為其他大斷面巖巷施工提供了寶貴經(jīng)驗。

7 矸石地倉的設計與應用

1010-1 機巷聯(lián)巷巖巷掘進特別是大斷面硐室施工期間，制約巖巷單進水平的另一個重要因素就是出矸石。施工初期，1010-1 外段機巷聯(lián)巷出矸系統(tǒng)及路線為迎頭耙矸機配合鏈板機出貨，出貨至1010-1 外段機巷皮帶機，同時在1010-1 外段機巷皮帶機上直接安裝分裝分運裝置，將矸石直接攔截在礦車內(nèi)。采用此方法雖然簡單方便，但是嚴重制約著出貨效率，而且皮帶機需要頻繁啟動，對設備損壞也較大。這套系統(tǒng)在出矸量很小時，使用方便、效果較好，但在大斷面巖巷施工時，矸石出貨量較大，已經(jīng)不能滿足需要，且對單進水平產(chǎn)生較大影響。

針對這種現(xiàn)狀，經(jīng)研究決定對現(xiàn)有出矸系統(tǒng)進行優(yōu)化、改造，優(yōu)化方案為：在1010-1 外段機巷外口施工一個矸石地倉，將矸石攔截在地倉內(nèi)，然后在地倉處安裝一部耙矸機，采用耙矸機配合車皮出貨，同時后路采用電瓶車轉(zhuǎn)運空車皮及矸石車，在車皮緊張的情況下，矸石地倉還可以存儲一定量矸石，通過優(yōu)化出矸系統(tǒng)，大大提高了出矸效率，同時還緩解了車皮供應緊張的情況，保障了巷道快速進尺。

8 1010-1 機巷與1010-1 風巷交替掘進施工優(yōu)化

因1010-1 工作面上覆“四含”水層的影響，需在1010-1 機巷及風巷施工井下驗證孔進行驗證1010-1工作面“四含”注漿改造效果，且要求停頭施工。起初1010-1 風巷和1010-1 機巷分別由掘進一隊和掘進二隊負責掘進施工，當迎頭施工至打鉆位置，該頭隊伍停止掘進進尺到后路去修整或到其他頭面施工，嚴重影響了掘進進尺任務的按期完成和單進水平的提高。

經(jīng)研究決定，抽出一支掘進隊（掘進一隊）到1024 機巷撥門施工，1010-1 機、風兩巷只保留一支掘進隊（掘進二隊）施工，每當機巷或風巷停頭打鉆期間，可搬至另一巷道迎頭施工，實施兩巷交替掘進。在2021 年7-11 月間，1010-1 機巷停頭打鉆5 次、1010-1 風巷停頭打鉆4次，共計停頭打鉆9 次。而在2021 年8 月、9 月、10 月3個月通過打鉆期間進行交替掘進施工，掘進二隊分別施工了201 m、185 m、195 m，并且超額完成了月度計劃任務，其中8 月份取得了日進尺11.2 m 的好成績。

采用此施工方法之后，不僅完成了當月鉆探任務，而且完成了月度掘進任務，沒有影響進尺的同時，還抽出了一支掘進隊到1024 機巷進行掘進施工，實現(xiàn)了停頭不停工的快速掘進。

9 成果推廣建議

在皖北煤電集團公司的正確領導下，該礦緊緊圍繞“進尺就是產(chǎn)量”的生產(chǎn)理念，通過多年來的技術(shù)探索、工藝優(yōu)化和裝備引進，不斷提高掘進單進水平，最大限度地降低地質(zhì)條件、裝備水平、人員素養(yǎng)等制約單進水平的不利因素，同時深入推進安全技術(shù)經(jīng)濟一體化、不斷推廣“四新”技術(shù)應用和礦井“四化”建設，1010-1 工作面掘進期間先后實施了“精準過斷層施工方法技術(shù)研究與實踐”“不停頭安裝皮帶機施工工藝優(yōu)化與實踐”“帶式輸送機集中控制系統(tǒng)推廣應用”“巖巷大斷面正臺階法施工工藝技術(shù)研究”“矸石地倉的設計與應用”“1010-1 機巷與1010-1 風巷交替掘進施工優(yōu)化”等技術(shù)改進和創(chuàng)新，極大地提高了掘進效率和單進水平，為在其他掘進工作面推廣應用提供了較好的技術(shù)支撐和實踐經(jīng)驗。

10 結(jié)束語

通過實施精準過斷層施工方法技術(shù)研究與實踐，結(jié)合鉆探、物探等科學手段，超前探查斷層賦存情況，制訂較為合理、安全的過斷層方案，避免了井巷誤工現(xiàn)象，加快了掘進進度。同時引入久米納礦用無機加固材料，加大了斷層治理工作面，提高了圍巖強度，降低了后期巷道維護成本。

通過實施不停頭安裝皮帶機施工工藝優(yōu)化與實踐，掘進工作面安裝皮帶機由原來3 個圓班的工期縮減到1 個小班，實現(xiàn)了生產(chǎn)與安裝之間的平行作業(yè)和快速銜接，大大提高了安裝效率，減少了進尺影響時間，有助于單進水平提高。

通過帶式輸送機集中控制系統(tǒng)的推廣應用，實現(xiàn)1 人操作多部設備，真正達到“智能化減人”的安全目標，1010-1 工作面每班至少節(jié)省人員6 人，富余人員可以重新進行分配，這樣有效節(jié)約了人力資源，優(yōu)化了勞動組合，提高了施工進度與效率，為單進水平的提高提供了人力支撐。

通過實施巖巷大斷面正臺階法施工工藝技術(shù)研究與實踐，改善了巖巷大斷面爆破效果，提高了施工進度，同時實行矸石地倉的設計與應用，加快了工作面出矸效率，有效緩解了因車皮緊張造成出矸困難而影響施工進度的困局，兩種技術(shù)改進相結(jié)合，為1010-1 機巷聯(lián)巷硐室及車場段大斷面安全、高效、快速施工創(chuàng)造了有利條件。

通過1010-1 機巷與1010-1 風巷交替掘進施工優(yōu)化，安排一支掘進隊伍在兩頭輪換進尺，實現(xiàn)了停頭不停工的快速掘進，避免了因停頭打鉆驗證“四含”改造效果期間，一支掘進隊伍無掘進進尺而造成人員浪費現(xiàn)象的出現(xiàn)，形成了由“停頭鉆探影響進尺”到“鉆探與進尺互不影響”的生產(chǎn)局面，確保了1010-1 工作面系統(tǒng)提前貫通。