特厚煤層大傾角上山機械化掘進管理技術分析

章之燕

（1.開灤 （集團）有限責任公司唐山礦業分公司 ，河北省唐山市，063000；2.中國煤炭學會巖石力學專業委員會，北京市朝陽區，100013）

特厚煤層大傾角上山機械化掘進管理技術分析

章之燕1，2

（1.開灤 （集團）有限責任公司唐山礦業分公司 ，河北省唐山市，063000；2.中國煤炭學會巖石力學專業委員會，北京市朝陽區，100013）

針對大傾角上山掘進在機械化綜合配套快速掘進方面沒有過多的實踐，開灤唐山礦通過合理選擇掘進配套設備，改進掘進機液壓系統，優化掘進施工工藝和截割方式，建造人工平臺等措施，實現了Y485里工作面平均26°、最大29°的大傾角上山機械化掘進，突破了掘進機在大傾角上山施工的限制，為大傾角上山機械化掘進探索了施工技術和工藝。

大傾角 上山掘進 機械化掘進 快速掘進 施工工藝

隨著綜掘技術與裝備迅速發展，形成了以掘進機為主機械化掘進工藝和技術。但對于大于20°的大傾角上山煤層掘進，由于傾角大，礦壓顯現特殊，工程管理復雜，掘進機的適應程度的限制一直困擾著掘進機械化的發展和應用。

從大傾角煤層上山掘進的礦壓顯現特征和掘進工藝特點看，煤層上山傾角超過20°時，不利于機械化掘進的因素迅速增加，特別是當上山掘進傾角達到30°左右時，掘進工作面礦山壓力顯現規律與沿水平掘進時發生明顯變化，頂板應力的作用加大了對煤體控制冒落的難度，掘進設備在傾角的作用下下滑加重，掘進工作面頂板控制等問題表現更為突出。針對上述問題，本文對大傾角上山掘進的機械化綜合配套快速掘進管理技術方面進行了探索。

1 Y485里工作面地質概況及巷道布置

Y485里工作面位于14水平岳胥區，煤層賦存為盆狀，中間低四周高。設計巷道在-752～-1025.2 m深度，煤層傾角22°～30°，平均26°。煤層厚度8.27～12.8 m，平均10.2 m。根據工程揭露及鉆孔資料分析，工作面煤層沉積不穩定，結構較復雜，呈塊狀結構且易碎，斷層較多，一般以逆斷層為主。水文地質位于岳胥區煤5～煤12弱含水層段，賦水性較差。最大涌水量為0.80 m3／min，正常涌水量為0.50 m3／min。

圖1 29U-14 m2金屬拱形支架斷面圖

設計巷道沿煤層傾斜布置，由標高-1025.2 m向-752 m上山沿煤層底板托煤頂掘進，長度770 m。支護采用29U-14 m2金屬拱形支架支護，棚距為0.6 m，巷道支護形式及斷面尺寸見圖1。

2 掘進工作面設備配套

Y485里工作面巷道掘進采用EBZ150A掘進機掘進，功率150 k VA，供電電壓1140 V。掘進前80 m時，后路配套運輸設備采用SGB620／40刮板輸送機，掘進超過80 m后配套運輸設備采用SSJ-1200／3×200帶式輸送機，功率3×200 k VA，中部驅動電壓1140 V。供電采用6 k V高壓直接送到掘進工作面配電位置的移動變電站。

EBZ150A型掘進機主要技術特征：機體總重42 t；機身高度1.8 m；機體長度9.0 m；裝機功率205 k W；滾筒轉速46／23 r／min；截割寬度5.0 m；截割高度4.8 m；掘進斷面23 m2；適應坡度±16°；履帶寬度550 m。

3 針對大傾角掘進所采取的對策

3.1 防止后配套帶式輸送機跑車和煤矸下滑措施

（1）合理選擇帶式輸送機。為防止帶式輸送機失控，加大帶式輸送機功率，將原帶式輸送機配置的2×200 k VA雙電機牽引變為3×200 k VA三電機牽引。在大傾角下山運輸時電機為發電狀態，在電機磁力的作用下控制帶式輸送機失控。

（2）增加中部控制。在帶式輸送機中部適當位置增加驅動動力。

（3）在帶式輸送機機頭驅動裝置和中間驅動裝置上安裝液壓制動機構，在停止運轉時液壓制動裝置制動，防止帶式輸送機下滑失控。

（4）采用大包角膠帶，防止膠帶跑偏及煤矸在運輸過程中散落，發生飛濺。

3.2 合理控制和改進掘進機系統結構

（1）增加掘進機防滑措施。在掘進機訂貨時要求廠家增加行走部齒的長度及厚度，提高履帶強度和履帶齒高。

（2）改造掘進機機械液壓系統。掘進機因自重產生的下滑力，導致掘進機行走、割煤困難，無法正常順利進行工作。改造掘進機機械液壓系統，提高液壓系統的工作壓力。將行走的油泵由二聯泵改換成三聯泵。

（3）改進后支承，將后支撐液壓系統壓力調高，提高支撐能力。加大后支撐油缸的伸縮長度，利用三聯泵作為系統油壓來源，協助掘進機行走。

（4）防止掘進機下滑。即隨上山掘進向前推移構筑人工平臺，減少巷道坡度。構筑人工平臺的角度應滿足掘進機及其他設備在掘進時能正常工作。人工平臺構筑示意圖見圖2。

圖2 人工平臺構筑示意

（5）充分發揮掘進機本身的后支撐作用。掘進機在切割煤矸時，后支撐應處于受力狀態，以保證掘進機的穩定。掘進機退機、停機時，切割頭、鏟板必須落地，以增加下滑阻力。

（6）掘進機施工平臺后方，掛擋矸簾防止飛矸傷人。平臺的一側用于溜矸，另一側用于行人和運料。

3.3 頂板管理和運輸管理對策

（1）優化截割順序。由于掘進巷道坡度最大達29°。采用常規截割施工方式存在很大的危險性。因此，根據巷道實際施工情況，改變以往在巷道中底部吃刀往復式割煤方式，改為由巷道上部吃刀，由上向下往復式進行割煤，在截割上部時采用跟進支護，減少頂板暴露時間。截割方式見圖3。

圖3 掘進機截割方式圖

（2）采用超前錨桿控制頂板和煤壁。在大傾角巷道上山掘進時，掘進工作面煤壁自然形成向下傾斜的狀態，為保證煤壁不片幫，采用3～4根錨桿在掘進斷面上部控制煤壁，使煤壁穩定，見圖4。

圖4 超前錨桿控制煤壁示意圖

（3）當頂板破碎超前錨桿控制困難時，在掘進頭采用馬麗散澆筑，加固煤體，提高煤體強度和穩定性，馬麗散澆筑主要是在工作面掘進頭上部的兩腮布置2～3個孔，孔深在6～7 m，澆筑量以達到穩定上頂煤體確定。掘進機司機在切割煤體時采用先割上頂，再割底部。割上頂時用撞楔超前控制上頂，一般不超過1 m的空頂距。

（4）掘進運輸管理。運輸配套方式為掘進機→拖掛轉載裝置→帶式輸送機的自移機尾→帶式輸送機。由于大傾角上山掘進，在運輸煤炭過程中存在著煤炭下滑問題，為保證安全，采用在掘進機轉載膠帶卸載處加裝卸載防護，使其在轉載過程中落入自移機尾上的煤炭不發生滾動飛濺。

受巷道坡度增大影響，帶式輸送機機尾無法在掘進機牽引時順利進行伸拉膠帶，配套使用自移液壓牽引機尾，實現帶式輸送機機尾部在液壓油缸的作用下自行移動，達到伸拉膠帶的目的。

4 施工效果

通過Y485里工作面巷道的掘進實踐，在大傾角上山施工時通過留設施工平臺以及采取一系列安全保障措施，實現了大傾角上山掘進的綜合機械化施工。完成了Y485里工作面的所有工程，掘進全煤巷道770 m，平均掘進進尺達到8.4 m／d，保證了生產銜接和安全生產。為大傾角上山綜掘施工摸索出了一種施工方法。

5 結論

（1）實現綜掘機掘進大傾角上山施工，關鍵是在底板留設適宜的施工平臺，并保證掘進機施工的穩固性。唐山礦全煤大傾角上山巷道掘進實踐表明，一般留設施工平臺長度在15～20 m，調整后的坡度達到18～20°左右，就能滿足掘進機正常施工。

（2）選用的掘進機必須具有功率大，行走能力強，液壓系統完好，調整范圍大，尤其是行走系統必須具有較大的爬坡能力，履帶與底板有較大的摩擦力，且履帶強度高。

（3）掘進機的后支撐能力強，支撐油缸伸縮量大，在掘進時能很好地起到支撐作用。

（4）掘進機司機的操作水平必須具有大傾角掘進技能，否則會產生失誤，造成事故。

（5）在大傾角上山機械化掘進時，后部配套設備必須滿足施工條件，后部運輸必須采取安全防護措施，保證在運輸過程中不發生煤矸飛濺。

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［4］付亞平.大傾角回采巷道快速掘進的對策 ［J］.煤炭科學技術，2006（3）

［5］曲延倫.用掘進機械化保證采掘高效協調發展［J］.中國煤炭，2006（12）

［6］陳繼忠，游植賢.加強工藝細化管理實現煤巷大斷面快速掘進 ［J］.中國煤炭，2008（10）

Analysis of management technology of uphill mechanized tunneling in super thick coal seam with large angle

Zhang Zhiyan1，2
（1.Tangshan Mining Branch Co.，Kailuan Group Co.，Ltd.，Tangshan，Hebei 063000，China；2.Rock Mechanics Committee of China Coal Society，Chaoyang，Beijing 100013，China）

For there is no much practice of steep uphill tunneling in rapid driving with mechanized comprehensive supporting，through reasonably selecting excavation equipment，improving the hydraulic system of roadheader，optimizing the tunneling construction process ＆ cutting mode and building artificial platform and other measures，Tangshan Mining Branch Company of Kailuan Group has achieved the steep uphill mechanized tunneling with average of 26°and maximal angle of 29°in Y485 working face，which has broken the constraints of steep uphill construction of the roadheader，and explored the construction technology and process for the steep uphill mechanized tunneling.

large angle，uphill tunneling，mechanized excavation，rapid driving，construction process

TD421.5

A

章之燕（1961-），男，河北張家口人，教授級高級工程師，現任開灤集團公司唐山礦業分公司副總工程師。

（責任編輯 張毅玲）