綜合機械化快速掘進技術在深井巷道復雜條件中的應用

摘要：簡述深井巷道復雜條件下綜掘及支護問題，對綜掘機的應用與選型及深部高應力巷道快速支護提出要求。

關鍵詞：綜掘機 復雜條件巷道 掘進速度

0 引言

淮北礦業集團的多數礦井，井型小、井田密度大、走向短、開采水平延深也比較頻繁，且大部分已轉入深部開采。許多礦井地壓大，斷層多、煤層賦存條件不穩定、水文地質條件復雜。同時，沖擊地壓、高溫、突水、瓦斯等災害并存，給礦井安全生產、高產高效帶來很大的影響。有的掘進巷道最大水平應力高達40MPa，圍巖強度約30～40MPa，煤層強度在8～12MPa，屬于典型的深井高應力軟巖礦。

隨著開采深度的增加，巷道圍巖條件也在不斷變化。壓力漸增，礦壓顯現劇烈，巷道掘進和支護越來越困難。按礦區巷道圍巖穩定性劃分，圍巖不穩定的Ⅳ、Ⅴ類巷道居多，深井復雜地質條件下的巷道占整體掘進量的比例較大。

采用綜合機械化快速掘進，影響單進的因素集中于下：

①因巷道走向尺寸較小，綜合機械化掘進技術優勢難以發揮；

②開采的深度不斷加深，煤層頂底板的巖性的變化就越明顯，同時也會提高圍巖應力；

③煤層和頂底板松軟破碎，不利于掘進成形，從而增大變形量，兩幫和頂底板都會出現明顯的收縮，同時會加快變形速度，影響巷道支護的施工，從而產生前掘后修的問題。此外，底板松軟也極易導致臥機；

④地質狀況及地質構造復雜，巷道的坡度一般較大，且有很多揭露斷層，加大掘進難度；

⑤長期使用傳統炮掘工藝，運用先進的綜合機械化掘進工藝，更不利于技術管理；

⑥現有綜掘機不具備較好的破巖能力（半煤巖巷道巖石硬度系數f>5時，截割速度減緩）。而且機身會出現較大的振動，截割頭、截齒也有較大的磨損，會在很大程度上損壞機器部件；此外，綜掘機也不具備較好的爬坡能力（不超過14°～16°）；

⑦進行薄煤層開采的過程中，半煤巖巷、煤巷是主要的回采掘進巷道，其中半煤巖巷的掘進施工比較關鍵，必須全面的掌握和適應掘進設備及技術。

1 綜掘機的應用與選型

1.1 綜掘機選型

為使半煤巖巷綜掘機的破巖能力提升，一般深井巷道的地質狀況比較復雜，綜合機械化快速掘進施工首先要解決的問題就是推廣使用與礦區條件相符、具備較強破巖能力的半煤巖綜掘機。

①綜掘與普掘臨界點確定。臨界點巷道長度，往往按照巷道綜掘與普掘掘進水平經分析之后確定，如果工作面施工長度不到400m，則需采用普掘工藝。反之則采取綜掘工藝。

②截齒的選用。采用的綜掘機的截齒必須具備很好的耐磨性能，以提升截割速度，不至于過分損壞齒座。若綜掘機切割能力無法達到巖石硬度的要求，則采取放震動炮等途徑切割，同時通過相應的維護措施。

③綜掘機選型。選擇與煤巖強度及巷道斷面相符的綜掘機，體積必須符合要求，且結構緊湊；保證具備一定的截割功率及其正常運行，及時供應配件供應，便于維修等。綜掘機裝備還要與生產系統配套，使各工序裝備之間能力匹配和有效銜接。

1.2 綜合機械化掘進技術改造

為提高綜掘速度，應廣泛集成和吸收成熟的掘進技術，重點優化巷道截割、臨時支護、開門準備合理長度與拐彎巷道施工工藝，以保證綜掘機在爬坡、過斷層等復雜地質條件掘進過程中快速推進，并盡力擴大使用范圍。

①截割技術。按煤層頂底板巖性、煤巖層的硬度與比例，采用不同的切割順序和施工方案，原則應有利于機器穩定、防止切落大塊煤影響裝運速度、按照先軟后硬的順序進行。頂板為砂質頁巖、復合頂、軟硬巖層互層條件，可采用圓弧拱型斷面，沿底放頂的施工；頂底板為砂質頁巖，較堅硬，可采取沿頂起底的施工，巷道采用切圓拱型斷面；煤層頂板為堅硬砂巖，采取留頂起底的施工，巷道采用倒梯形斷面。

②自行開門技術。為實現掘進工作面“零”爆破，工作面開門直接安裝綜掘機施工，機后跟40t溜子運輸，達到100m時再安裝皮帶，取消傳統先炮掘一段再安綜掘機的施工方法（可節約時間近半月）。

③爬坡技術。巷道坡度大的，可進行技術改造，有的已實現26°上坡安全施工先例。

④過斷層技術。結合鉆探、物探、層位對比、臨近煤層及巷道斷層賦存等條件，分析斷層對巷道掘進的影響，準確判斷斷層的位置及產狀，采用提前挑頂、臥底的方式減少過斷層巖石工程量，并搞好斷層帶應力集中區的支護設計。迎頭過下壓正斷層時，采用后退臥底法，過上跳正斷層時，采用后退割頂法，超高處補掛錨網進行支護，兩盤結合處補打錨索加強支護。

⑤臨時支護技術。利用綜掘機液壓系統的穩定性和停開機的閉鎖裝置，研制“懸臂式托梁器”作前探支護。這樣可作為臨時支護技術，縮短空頂時間，減輕職工勞動強度，更加安全、可靠、有效的起到對頂板預應力支撐，避免空頂作業現象和吊環式前探梁對截割器影響，縮短循環作業時間。

⑥綜合防塵技術。運用掘進機快速撤除搬家技術，減少硐室施工和運輸環節帶來的隱患，提高效率和安全系數；運用大件專用運送車，降低職工勞動強度；自制小激光指向儀，確保巷道成型；可采用11kW振弦式除塵風機進行強制滅塵，并增加泡沫除塵劑提高除塵效果。建立專業除塵風機站，改造綜掘機配置的噴霧頭，采用增加環形噴頭、空氣凈化簾等防塵設施和手段，降低粉塵濃度，使綜掘機在切割過程中產生的大部分粉塵得到消除。

1.3 綜掘機配套系統的改造與施工管理

1.3.1 配套系統改造

運用順煤流皮帶啟動控制、卡軌車配底卸式礦車運輸、水平煤倉配皮帶及礦車運輸、單軌吊及底皮帶等輔助運輸、快速延皮帶技術，提高快速運輸能力。運用拐彎皮帶運輸技術，實現大角度長距離拐彎連續掘進；采用小角度連續拐彎技術（最大26°），實現皮帶機的彎曲連續運輸，保證巷道連續生產，減少皮帶機設備占用及安裝程序，節省崗位工。綜掘機皮帶起高支撐架，避免因條件變化造成綜掘機小皮帶磨大皮帶；改造皮帶滾筒防跑偏裝置，消除皮帶跑偏；改造儲帶裝置，使一次儲存皮帶達120m，減少皮帶延長次數；改造主皮帶機尾，使跟機皮帶實現曲線運輸；改進皮帶固定，對繩式皮帶進行分段固定（每隔100m），始終保持皮帶的吊掛質量達標。

1.3.2 施工管理

為充分發揮綜掘效能，實現安全快掘，可根據《煤礦安全規程》，制定必要的綜掘技術管理規范。通過優化勞動組合，成立掘進準備維修專業化隊伍，優化施工方式，在保證安全生產情況下盡量安排平行作業。通過加強設備保養管理、搞好安全技術培訓、引入競爭激勵機制、加大設備維修人員和操作人員的培訓力度等方式，提高綜掘機快速掘進管理水平，為實現深井復雜條件下綜掘機快速掘進提供保障。

2 提高高應力巷道快速支護的措施

按照深部高應力巷道圍巖變形機理，推廣應用高強錨桿，針對巷道圍巖變形特征，綜合采用現代計算機數值模擬方法，提出解決深部巷道錨桿支護的關鍵技術，不斷改進錨桿施工配套大功率機具，節省支護時間，提高支護速度和效果，避免前掘后修。多種措施齊推進，為復雜條件下深井巷道綜合機械化快速掘進提供保障。

3 結束語

煤礦只有依靠科技，走集約化發展之路，大力推廣深井巷道復雜地質條件下綜掘成套技術，并加強應用研究，積極尋找適合于煤巷、半煤巖巷的綜合機械化快速掘進成套工藝和技術，努力提高深井煤巷掘進速度，才能促進礦井整體安全、生產效率的提高。為此，有必要研究同類條件下采用綜掘機掘進成套工藝，并對提高安全掘進水平進行有益的探索。

參考文獻：

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