軌道上山大斷面快速施工工藝研究與實踐

王 勇

（內蒙古魯新能源有限責任公司，內蒙古 錫林郭勒盟026231）

1 問題的提出

三采區軌道上山布置在11煤底部，煤巖層走向為北東，傾角6°～7°，掘進軌道上山的目的是為了滿足三采區輔助運輸、通風及管線敷設的需要。巷道設計長度為1157.39m，分4個斷面施工，分別為3－3、4－4、5－5、6－6斷面，斷面形狀為直墻半圓拱形，3－3斷面：S掘＝21.8 m2，S凈＝18.9m2；4－4斷面：S掘＝12.2m2，S凈＝9.6m2；5－5斷面：S掘＝17.8m2，S凈＝14.7m2；6－6斷面：S掘＝23.0m2，S凈＝20.1m2。

隨著礦山開采規模和強度的大幅增加，為了確保生產安全，保證礦井掘進、運輸、通風等系統中大型設備的安裝和運輸要求，煤巷作業的斷面面積正在逐漸擴大。由于國內很多煤礦仍采用以鉆爆法為主的傳統巷道掘進方式，使巷道掘進速度慢，并造成采掘工作接替緊張、成本高等諸多問題。因此，可以考慮在條件允許的地區采用掘進設備綜合一體化技術，利用專業、先進的配套設備實現對大斷面巷道的快速掘進。必須剖析快速掘進系統存在的問題，優化運輸系統、優化快掘工藝、優化勞動組織，提出適應現代高效掘進配套系統的方案。

2 施工方案的確定

2.1 掘進方式

巷道施工前期采用炮掘，后期采用EBZ－200M型掘進機全斷面一次成巷的施工方法掘進。

EBZ－200M型綜掘機功率較大，最大截割高度及寬度、裝載能力及爬坡能力均比較大，對我礦三采區軌道上山大斷面掘進適應性較強。EBZ－200M型掘進機不光具有掘進功能，還具有出矸功能、導向功能，這種作業方式成巷效果好、對圍巖擾動影響較炮掘破巖方式小、施工速度快、效率高和工作安全等優點。

掘進機截割工序：①左側進刀自下而上到左拱肩，退機；②右側進刀自下而上到右拱肩；③從右拱肩到頂到左拱肩；④自上而下左右截割到底板（見圖1）。

圖1 掘進機截割流程示意

2.2 運輸方式

（1）＋570m水平運輸原設計方案

＋570m水平軌道運輸石門于2011年8月22日完成，根據施工接續轉為施工采區軌道上山，由于采區主運輸系統尚未形成，原設計為使用綜掘機掘進，綜掘機二運與聯絡巷段鋪設扒裝機，綜掘機二運后跟膠帶輸送機。膠帶輸送機將煤矸灌入下車場的水平矸石倉內，通過扒裝機將水平矸石倉內煤矸耙裝入聯絡巷的40T刮板輸送機，再經40T刮板輸送機灌入礦車，由電瓶車將礦車帶到副井，提升至地面。

（2）優化后的方案

為加快采區軌道上山施工速度，擬將礦車運輸改為膠帶機運輸，繼續使用＋570m水平軌道石門的膠帶輸送機、水平矸石倉，利用扒裝機將矸石倉的煤矸裝入礦車。同時，軌道上山下車場不再建設水平矸石倉，聯絡巷的40T刮板輸送機改為電動皮帶運輸。

將＋570m軌道運輸石門膠帶輸送機機尾延長至聯絡巷門口，與電動皮帶卸載滾筒搭接，電動皮帶采用錨桿起吊方式，配40T鏈子每2.5m一對吊掛。為了不影響電機車運輸及行人，跨石門電動皮帶至底板高度不低于1.8 m，皮帶下鋪設擋煤板寬度不小于1.4m，兩側擋矸網（板）高度高出皮帶0.2m。電動皮帶卸載滾筒、機尾滾筒與前后膠帶輸送機搭接處安設擋煤板。

皮帶吊掛使用40T鏈子，40T鏈子上端鏈環與錨桿連接，采用緊螺帽的方式調整鏈子的松緊度，鏈子下端繞皮帶支架一圈用“U”型環配螺絲固定，機頭、機尾用40T鏈子固定在專用錨桿上。

（3）運輸方案優化前后優缺點比較

運輸設計優化后，將原運輸系統由采區軌道上山下車場礦車裝運，改為＋570m軌道運輸石門水平矸石倉處礦車裝運，裝運距離減少1086m，每次裝運時間減少1小時，運輸時間縮短近2倍。同時對采區軌道上山支護材料輔助運輸時，避免了與礦車裝運的交叉作業影響，加快了采區軌道上山的施工進度。

2.3 支護方式

（1）臨時支護：迎頭達到斷面要求后，首先敲幫問頂，摘掉迎頭危巖懸矸，然后進行初噴，噴厚不小于30mm，初凝20min后方準許人員進入迎頭作業。

（2）永久支護：采用噴、錨網棚噴工藝進行支護，錨桿（全螺紋鋼等強錨桿，規格為Φ20mm×2200mm）按正方形布置，間排距為700mm×700mm；錨桿托盤壓鋼筋網（采用編織式經緯焊接鋼筋網，使用Φ6.0mm盤圓條，網格尺寸100mm×100mm），網與網之間搭接壓茬100mm，聯網每隔200mm用10＃鐵絲扭接一處，網跟迎頭，再噴砼蓋網呈魚鱗狀，滯后耙裝機按間距0.8m架設拱形棚，復噴距迎頭不大于60m，總噴厚不小于150mm。若巷道圍巖壓力明顯，適當縮短架棚與迎頭的距離。

（3）當遇頂板裂隙發育、淋水較大、過斷層時，縮小循環進度不大于1.0m，采用拱形棚跟迎頭、打設超前導管工藝進行支護。

3 施工效果

1）魯新礦井的三采區（11煤）軌道上山作為大斷面煤層巷道，公司積極摸索并采用綜合機械化快速掘進技術，使軌道上山在2011年12月24日到2012年6月23日期間施工完畢，僅用了6個月的時間，大大提高了巷道的施工速度。

2）目前制約綜掘快速施工的瓶頸問題，依然是掘進機后續配套設備問題；優化運輸系統，改進掘進機后配套二運與皮帶機結構，使皮帶延長操作簡單、快速，是解決掘進機快速施工的關鍵所在。

3）＋570m水平運輸系統優化后，礦車裝運距離減少1086m，每次裝運時間減少1小時，運輸時間縮短近2倍。每班巷道施工速度與原運輸施工相比加快1倍，按此計算施工工期提前5個月以上，可節約人工費用180萬元。

自采用綜掘機施工以來，我礦實現了煤巷掘進、運輸的機械化，減少了施工工序，提高了勞動效率，解決了傳統施工方式中職工勞動強度大、深部巷道頂板控制難度大、安全程度低的難題，并明顯提高了掘進速度。