連續采煤機在復雜地質條件下掘進和支護技術管理

馬添虎

(神東煤炭集團烏蘭木倫煤礦,內蒙古 鄂爾多斯017200)

0 引言

神東煤田是目前我國已探明儲量最大的整裝煤田，占全國已探明煤炭儲量的1/4，同時也是世界八大煤田之一。煤田內煤質優良，開采條件優良。煤層具有埋藏淺、地質構造簡單、賦存穩定、傾角小、瓦斯含量低等開采優勢；煤質具有低灰、低硫、低磷、中高發熱量、高揮發份等特點，屬于優質的長焰煤和不粘煤。連續采煤機是一種可以連續采掘煤炭的機械設備，特別對地質條件好的巷道開掘有得天獨厚的優勢。連續采煤機的煤巷快速掘進優勢突出，當其配備合理的配套設備，可完成煤巷的快速掘進，效率普遍比國內的懸臂式掘進機高4～5倍[1]。連續采煤機正適合開采條件簡單的神東礦區。目前，連續采煤機已經在以神東煤炭公司為代表的現代化礦井中得到大量應用。

煤礦的安全、快速掘進技術對保證煤礦安全開采，保證煤礦工作面正常接續具有重要意義。復雜地質條件下的掘進工作對施工設計、技術支撐和安全管理均要求較高。神東礦區某些復雜地質條件區域內的安全、高效掘進對煤礦工程技術人員的素質和經驗要求更高。

1 復雜地質條件區域劃分

神東礦區地處我國西部地區，屬于厚松散覆蓋層、薄基巖的淺埋煤層，礦井開采易引起上覆巖層與地表的移動變形，煤層頂板巖層的變形破壞易形成切落、裂縫破壞、臺階下沉，有可能引發煤礦突水潰砂等危害。[2-3]當連續采煤機施工過程中遇到地質條件復雜區域時，如不采取安全有效的管理手段，很容易影響掘進工作效率，甚至產生安全事故，給煤礦造成人員和財產的損失。煤礦工程技術人員對于復雜地質條件區域不能掉以輕心，根據作者的工作經驗現將復雜地質條件區域進行歸類如下：

（1）煤層頂板為復合頂板的，煤層中有泥巖、泥質頁巖夾矸層，包括煤層直接底為泥巖、泥質頁巖的區域；（2）基巖厚度小于30m的區域；（3）掘進揭露斷層，掘進揭露沖刷帶、煤厚小于3m的煤層變薄區，煤層及頂板十分破碎的區域；（4）火燒區邊界掘進，包括煤層及其頂底板松軟易冒落的區域；（5）煤層及頂板含水性強，錨桿錨索孔滴淋水較大的區域；（6）受二次采動影響的巷道及需要長期服務的巷道，在受一次采動影響后出現嚴重離層、片幫，需要二次加強支護的區域；（7）切眼等大斷面巷道及硐室等區域。

2 掘進和支護技術管理

針對上述地質條件復雜區域，一方面要提高安全生產意識，另一方面要做好施工設計、提高技術設備水平、加強現場施工過程中的安全管理。具體可采取如下措施：

1）復雜地質條件下掘進時，應嚴格控制巷道成型，連續采煤機掘進時保證巷高誤差≤200mm，巷寬誤差≤200mm。且當煤層厚度大于3.2m時保證頂煤留設厚度大于400mm，當煤層厚度小于3.2m時，頂煤留設厚度不做要求，但應以控制漏、冒頂為原則。聯巷及其它巷道原則上不要求抹角，有特殊使用要求需要抹角的，應在滿足使用要求的前提下盡量減小抹角尺寸。

2）循環進度應適當縮小，較嚴重時應縮小到3m或更小，以保證頂板不冒落為原則。

3）巷道全斷面掛鋼筋網片，每排加支1根或2根錨桿，錨桿扭矩和錨固力必須合格，錨桿支護必須及時。錨索支護視實際情況可采取以下三種支護方式：（1）兩排錨索間增補一根，使之成3花布置；（2）間排距由3m×3m減小至1.5m×2m，并加掛w鋼帶，邊上兩根錨索與巷道頂夾75°角施工；（3）在間排距縮至1.5m×2m仍不能有效控制頂板時，可在兩排之間補打2根，使之成5花布置。錨索錨固力必須合格，且滯后掌子頭的距離不得大于1個循環。

4）復合頂板條件下使用圓鋼錨桿尚不能有效控制頂板時，將圓鋼錨桿改為螺紋鋼錨桿，并根據具體地質情況確定錨固段長度，且將錨桿間距縮小至900mm，錨索支護根據實際地質條件可用6.5m、8m或4m長錨索。

5）煤層頂板嚴重破碎，導致漏頂或冒頂嚴重，且冒落后巷高≥4m時，除采用錨桿+鋼筋網+錨索+w鋼帶支護外，必須架棚或用錨吊梁加強支護，架棚（錨吊梁）所用材料為11#礦用工字鋼，棚距（梁距）1.0m，其后用道木背實。

6）煤壁片幫嚴重、巷道肩角出現拉槽時，必須及時進行幫網和幫錨桿支護，幫網施工要符合要求，且幫網滯后工作面距離不得大于2個循環。當片幫高度超過巷幫高度的1/2時，則應在距下排幫錨桿1.2m處加掛一排鋼帶，巷道受壓嚴重，煤壁松軟破碎時補掛一片寬網片。

7）錨索錨固段內有泥巖夾層、錨桿錨索孔內滴淋水較嚴重，致使錨桿或錨索不易錨固時，應適當增加1支或2支樹脂藥卷，若增加藥卷后仍不能保證錨固力時，則須采取11#礦用工字鋼架棚支護，回采巷道棚腿用木點柱，永久性巷道棚腿為11#礦用工字鋼，并用幫錨桿固定棚腿，棚后必須背實。

8）受二次采動影響巷道、受一次采動影響的永久性巷道，在一次采動影響劇烈，出現嚴重片幫和網包時，應先處理片幫和網包，然后補掛幫網，采用錨桿+鋼筋網+錨索+w鋼帶支護，視情況采取架棚或用錨吊梁加強支護。

9）切眼等大斷面巷道及硐室在復雜地質條件下施工時，首先應在滿足使用要求的前提下盡可能地減小掘進斷面，并根據地質條件合理確定一次成型斷面尺寸和二次成型時機，切眼及大斷面硐室擴幫完成后應及時用木點柱（內注式單體液壓支柱）或木垛加強支護，點柱小頭直徑不得小于200mm，木點柱（內注式單體液壓支柱）必須垂直于頂底板，間距2m，木垛間距3m。

3 應用實踐

神東某礦31煤一盤區31111運順、31112回順巷道長度均為4017.76m；煤層總體傾向NW，傾角1-2°，煤層穩定，無大的起伏，煤層底板標高在1155-1163m之間；煤厚平均3.36m；31煤頂板為粉砂巖、細粒砂巖，底板為泥巖、粉砂巖。兩個順槽的頂板類型屬不穩定-較穩定。回順采用:樹脂錨桿+鋼筋網片+錨索聯合支護；運順采用：樹脂錨桿+鋼筋鋼帶+錨索聯合支護；選用φ16×2100mm的圓鋼錨桿，排距1.0m，每排4根。該工作面選用連續連采機及其配套設備施工。選用一臺12CM15-10B型連續連采機完成割煤及自行裝煤工序；選用一臺4EOO-2250-WT型四臂錨桿機完成掘進巷道的支護工作，采用掘支循環平行作業的方法進行施工。

該巷道掘進屬于復雜區域下長距離掘進施工，在采用連續采煤機掘進過程中運順、回順煤層頂板局部有泥巖偽頂，裂隙發育，頂板較為破碎；在掘進至距離一盤區輔運三段1131m處遇F2斷層，落差6m，且巖性破碎、容易冒落；掘進過程中穿越斷層和頂板裂隙發育層段時，由于導通上覆含水層，造成工作面涌水量增大。

現場工程技術人員根據實際情況，以頂板不冒落為原則，及時減小連續采煤機掘進循環進度，視具體情況調整坡度，加強支護密度和強度，保證掘進施工中頂板穩定性，有效的預防了頂板事故的發生。在掘進過程中有煤層變化、頂板異常、突（透）水征兆時，現場人員保持24小時不間斷的觀測頂板淋水情況，堅持“有疑必探，先探后掘”的原則，加強頂板管理，做好排水準備，有效的預防了頂板潰水。在31111運順、31112回順長達8000余米的巷道掘進過程中未發生事故，保證了煤礦在復雜地質條件下掘進的安全。

4 結論

本文以神東礦區某礦在復雜地質條件的區域內采用連續采煤機安全快速掘進為例，為相似條件下的巷道掘進工作提供了借鑒。但具體的掘進和支護方式選擇要考慮本礦井煤層賦存條件、技術裝備和人員素質等綜合因素，只有跟現場工程實際相結合，才能找到適合本礦的安全、高效的掘進和支護方式。

［1］張振,梁大海.國產連續采煤機在神東礦區快速掘進中的應用[J].煤礦機械,2010

［2］楊治林,淺埋煤層長壁開采頂板巖層災害控制研究[J].巖土力學，2011.

［3］劉文崗.淺埋大采高綜采工作面礦壓顯現特征及頂板災害機理分析[J].煤礦開采,2011.