9 m大跨度切眼分巷間隔一次成巷與支護(hù)技術(shù)研究

劉占斌 李智勇

(1.華電煤業(yè)有限責(zé)任公司，北京市西城區(qū)，100035;2.陜西華電榆橫煤電有限責(zé)任公司，陜西省榆林市，719000)

★ 煤炭科技·開拓與開采 ★

9 m大跨度切眼分巷間隔一次成巷與支護(hù)技術(shù)研究

劉占斌1李智勇2

(1.華電煤業(yè)有限責(zé)任公司，北京市西城區(qū)，100035;2.陜西華電榆橫煤電有限責(zé)任公司，陜西省榆林市，719000)

大采高綜采工作面大跨度切眼一次成巷是實(shí)現(xiàn)開切眼安全、快速掘進(jìn)及綜采設(shè)備安全快速安裝的重要技術(shù)。小紀(jì)汗煤礦11217工作面切眼巷道長330.8 m，設(shè)計寬度9 m，高度3.8 m，巷道跨度較大，使用連續(xù)采煤機(jī)配套設(shè)備進(jìn)行掘進(jìn)，采用分巷間隔一次成巷方法，平均每天掘進(jìn)完成4個循環(huán)， 28 d就使切眼巷道貫通，實(shí)現(xiàn)了大跨度巷道掘支平行作業(yè)、間隔連續(xù)快速掘進(jìn)。

開切眼 大跨度巷道 巷道掘進(jìn) 連續(xù)采煤機(jī) 一次成巷 支護(hù)技術(shù)

連續(xù)采煤機(jī)自20世紀(jì)80年代引進(jìn)至中國以來，主要在條件適合礦井采用旺格維利采煤法開采邊角煤以及長距離的巷道掘進(jìn)等，目前廣泛應(yīng)用于陜北、內(nèi)蒙古等地質(zhì)條件簡單礦區(qū)。大采高綜采工作面大跨度切眼一次成巷是實(shí)現(xiàn)開切眼安全、快速掘進(jìn)及綜采設(shè)備安全快速安裝的重要技術(shù)。目前我國大多數(shù)開切眼的施工都是采用分次成巷方法，這種方法造成切眼頂板經(jīng)受二次應(yīng)力的分布，頂板下沉、離層量加大，且工期長、效率低、成本高。本文主要針對小紀(jì)汗煤礦11217大采高綜采工作面9 m大跨度切眼采用連續(xù)采煤機(jī)配套設(shè)備進(jìn)行分巷間隔一次成巷的工藝及支護(hù)技術(shù)研究，為類似條件下采用連續(xù)采煤機(jī)安全高效開切眼一次成巷提供理論基礎(chǔ)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

小紀(jì)汗煤礦11217工作面位于2號輔運(yùn)大巷以北，西鄰11217工作面帶式輸送機(jī)巷、輔助運(yùn)輸巷，東鄰11215工作面(開采中)輔助運(yùn)輸巷，北至井田邊界。地面標(biāo)高1209～1218 m，井下標(biāo)高811～820 m，傾角1°～3°，煤層厚5.26～5.89 m，平均煤層厚5.58 m。工作面切眼斷面設(shè)計為矩形。

2 連續(xù)采煤機(jī)設(shè)備配套

11217工作面切眼寬度為9 m，高3.8 m，長330.8 m ，掘進(jìn)方位角為90°，沿煤層底板掘進(jìn)。工程包括切眼掘進(jìn)、支護(hù)，帶式輸送機(jī)安裝、延伸，管線敷設(shè)等工作。切眼掘進(jìn)采用連續(xù)采煤機(jī)截割，后部跟梭車、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)和帶式輸送機(jī)進(jìn)行裝煤和運(yùn)煤，采用四臂錨桿鉆機(jī)進(jìn)行巷道頂板錨桿支護(hù)，全液壓錨桿(索)鉆車進(jìn)行巷道頂板錨索支護(hù)，使用氣動手持式鉆機(jī)進(jìn)行巷道兩幫支護(hù)，裝載機(jī)進(jìn)行巷道內(nèi)遺留煤的清理。工作面巷道掘進(jìn)配套設(shè)備見表1。

表1 工作面巷道掘進(jìn)配套設(shè)備

3 9 m大跨度切眼連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)工藝與支護(hù)技術(shù)

3.1 9 m大跨度巷道分巷間隔一次成巷工藝

由于11217工作面切眼巷道跨度較大，正常需分兩次掘進(jìn)成巷，但考慮兩次成巷容易造成切眼頂板圍巖應(yīng)力兩次擾亂重新分布，會造成頂板下沉、離層量增大，且兩次成巷的工期長、成本高。全斷面一次同時掘進(jìn)成巷支護(hù)難度較大，故采用分巷間隔一次成巷方法掘進(jìn)，即將9 m寬切眼分成6 m寬主切眼和3 m寬副切眼，主切眼靠近回采幫，副切眼靠近非回采幫。

圖1 11217切眼開口位置

11217工作面切眼一側(cè)布置膠運(yùn)巷道與輔運(yùn)巷道，另一側(cè)布置回風(fēng)巷道，開口位置布置在膠運(yùn)巷道與輔運(yùn)巷道一側(cè)，開口處設(shè)置一個10 m×10 m的移變硐室，11217切眼開口位置見圖1，9 m大跨度切眼分巷間隔一次成巷工藝見圖2，先掘進(jìn)主切眼至50 m處，再開始掘進(jìn)副切眼，為了保證掘支平行作業(yè)的空間，且巷道新掘進(jìn)斷面裸露面積不能太大，兩巷前后間隔不小于30 m，主副切眼同時連續(xù)掘進(jìn)一次成巷。

3.2 連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)工藝

3.2.1 落煤工序

連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)主切眼先切槽后采垛，一個循環(huán)為6 m，在每循環(huán)截割作業(yè)中，巷道分先后兩次進(jìn)行截割，并按照連續(xù)采煤機(jī)割煤時，先將截割頭調(diào)整到巷道頂板，切入煤體，從上而下割煤，到底板時，連續(xù)采煤機(jī)稍向后退開始拉底，割完底煤，再將連續(xù)采煤機(jī)截割頭調(diào)整到巷道頂板，如此循環(huán)直至割出一個循環(huán)的進(jìn)尺。按此工序先割出3.8 m高、3.3 m寬、6.0 m長的斷面空間，然后將連續(xù)采煤機(jī)調(diào)整到巷道另一幫繼續(xù)按照由頂至底的順序截割，直至截割出3.8 m高、6.0 m寬、6.0 m長的斷面空間，完成一個截割循環(huán)。主切眼掘進(jìn)割煤及采垛工藝流程見圖3。

圖2 9 m大跨度巷道分巷間隔一次成巷工藝

圖3 連續(xù)采煤機(jī)主切眼掘進(jìn)工藝流程

主切眼掘進(jìn)至50 m時開始掘進(jìn)副切眼，由于副切眼只有3 m寬度，故連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)副切眼只有切槽一個工序即可。

3.2.2 裝煤及運(yùn)輸方式

連續(xù)采煤機(jī)采用自裝煤方式，連續(xù)采煤機(jī)上裝有扒裝機(jī)構(gòu)和中部輸送機(jī)，截割時煤落入扒裝機(jī)構(gòu)，通過扒爪(圓盤)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將煤扒入中部運(yùn)

輸機(jī)再轉(zhuǎn)運(yùn)到連續(xù)采煤機(jī)后面的梭車，由梭車將煤轉(zhuǎn)運(yùn)到給料破碎機(jī)然后再轉(zhuǎn)運(yùn)到帶式輸送機(jī)上，為了保證煤層底板質(zhì)量以及運(yùn)輸?shù)淖畲蠊πВ鶕?jù)本礦的實(shí)際情況與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，梭車延長運(yùn)輸距離一般為120 m，即正常情況下60 m距離延伸一次膠帶，這種運(yùn)輸方式比其他掘進(jìn)方式減少了膠帶延長的次數(shù)，增大了工作面巷道掘進(jìn)的效率。

由于開切眼位置的特殊性，在切眼巷道開始掘進(jìn)前期，破碎機(jī)安在11217工作面膠運(yùn)巷中，在切眼巷道掘進(jìn)至100 m時，在切眼巷道內(nèi)增加一部帶式輸送機(jī)，同時破碎機(jī)延伸至切眼內(nèi)。切眼掘進(jìn)期間，連續(xù)采煤機(jī)割煤、裝煤，后部跟梭車裝煤，待梭車達(dá)到負(fù)載后將煤轉(zhuǎn)載到破碎機(jī)上，然后再回到連續(xù)采煤機(jī)后面繼續(xù)裝、運(yùn)煤，裝煤及運(yùn)輸流程如圖4所示。

圖4 連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)切眼裝煤及運(yùn)輸流程

4 9 m大跨度切眼支護(hù)技術(shù)

4.1 支護(hù)方案

切眼支護(hù)斷面形式見圖5。

(1)頂板支護(hù)。巷道頂部采用BHRB335型螺紋鋼錨桿，規(guī)格為?20 mm × 2300 mm，螺紋長度150 mm，間排距為800 mm × 800 mm，每根錨桿采用1支MSK23/60型樹脂藥卷，錨桿錨固力不小于100 kN，扭矩力不小于100 N·m；托盤采用Q235鋼托盤(帶調(diào)心球墊和減摩墊圈)，規(guī)格為150 mm ×150 mm ×10 mm，托盤拱高不低于34 mm；頂網(wǎng)采用?4.5 mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格120 mm ×120 mm，網(wǎng)片搭接寬度120 mm，使用14#鐵絲雙股綁扎，綁扎間距不大于300 mm。同時采用?17.8 mm× 6000 mm鋼絞線錨索，錨索間排距為2400 mm × 2400mm，每排布置3根錨索，每根錨索采用3支藥卷，配以尺寸為300 mm×300 mm× 14 mm拱形鋼板托盤(帶調(diào)心球墊)，錨索錨固力不小于180 kN，預(yù)緊力不小于120 kN，每排錨索用兩條對接的BHW鋼帶加固，鋼帶長度分別為4.7 m和4.3 m。

另外，在切眼內(nèi)距非回采幫4 m處，打設(shè)1排DM40-300/110X型單體液壓支柱，支柱間距為3 m，施工處必須將巷道清理至實(shí)底，點(diǎn)柱必須穿鞋戴帽，并且所有單體液壓支柱必須架設(shè)牢固，設(shè)防倒繩，支柱初撐力不得小于90 kN。

(2)兩幫支護(hù)。回采幫采用?18 mm ×1800 mm MGSL18/1800F全螺紋玻璃鋼復(fù)合材料錨桿，間排距為800 mm × 800 mm，桿體、螺母及托盤均為玻璃鋼材質(zhì)，桿體為全螺紋結(jié)構(gòu)，錨固力不小于50 kN，錨桿扭矩不低于50 N·m；幫網(wǎng)采用塑料網(wǎng)片，網(wǎng)格40 mm×40 mm，網(wǎng)片搭接長度200 mm，使用14#鐵絲雙股綁扎，綁扎間距不大于300 mm。非回采幫采用?18 mm×1800 mm BHRB335型螺紋鋼錨桿，間排距800 mm ×800 mm，錨桿絲扣長度150 mm，錨深1750 mm，外露50 mm，采用Q235鋼托盤，規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm，錨桿錨固力不小于50 kN，扭矩不小于100 N·m，配以鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸120 mm×120 mm，網(wǎng)片搭接長度100 mm，使用14#鐵絲雙股綁扎，綁扎間距不大于300 mm。

主切眼掘進(jìn)后，需要在主切眼非回采幫側(cè)增加錨桿臨時支護(hù)，采用規(guī)格為MGSL18/1800F玻璃鋼錨桿，間排距1200 mm×1200 mm，最上一排錨桿距頂400 mm，最下一排錨桿距底1 m，錨桿錨固力不小于50 kN，錨桿扭矩不低于50 N·m；配以網(wǎng)格為40 mm×40 mm塑料網(wǎng)片，網(wǎng)片搭接長度200 mm，使用14#鐵絲雙股綁扎，綁扎間距不大于300 mm。

圖5 11217切眼全斷面支護(hù)方案

4.2 支護(hù)工序

11217工作面切眼分主切眼和副切眼掘進(jìn)，首次掘進(jìn)主切眼時，循環(huán)截割工序完成后，連續(xù)采煤機(jī)與梭車退至聯(lián)巷，將四臂與兩臂錨桿機(jī)調(diào)入工作面支護(hù)頂板的錨桿(索)、金屬網(wǎng)與鋼帶，工人站在錨桿機(jī)上采用手持式風(fēng)動鉆機(jī)支護(hù)兩幫上部錨桿并鋪網(wǎng)。

待掘進(jìn)副切眼20 m完成，開始兩巷間隔一次掘進(jìn)成巷時，連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)主切眼時，四臂和兩臂錨桿機(jī)支護(hù)副切眼空頂，連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)主切眼一個循環(huán)后，開始掘進(jìn)副切眼時，四臂和兩臂錨桿機(jī)調(diào)至主切眼掘進(jìn)頭，支護(hù)主切眼空頂，掘進(jìn)與支護(hù)工序可以平行作業(yè)，見圖6。

單體液壓支柱支護(hù)滯后副切眼掘進(jìn)頭30 m左右，以保證連續(xù)采煤機(jī)與梭車的正常截割與運(yùn)輸。

5 結(jié)論

小紀(jì)汗煤礦11217工作面切眼采用連續(xù)采煤機(jī)配套設(shè)備分巷間隔一次掘進(jìn)成巷，實(shí)現(xiàn)了大跨度巷道掘支平行作業(yè)且一次成巷，平均每天掘進(jìn)完成4個循環(huán)，共計28 d就使切眼巷道貫通，比兩次成巷縮短工期至少10 d以上，增加了效率，降低了成本，后期礦壓監(jiān)測顯示，切眼變形量很小，說明支護(hù)設(shè)計合理。小紀(jì)汗煤礦11217工作面9 m大跨度切眼安全高效貫通的成功為類似條件下采用連續(xù)采煤機(jī)配套設(shè)備掘進(jìn)大跨度巷道的工藝技術(shù)等提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與理論依據(jù)，為大跨度巷道一次成巷提供了新的方法與研究方向。

圖6 開切眼后期支護(hù)工序流程圖

梁大海.神東礦區(qū)連續(xù)采煤機(jī)開采工藝系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計.煤炭科學(xué)技術(shù)，2010(12)

李文科,馬金龍,惠興田等.綜放大斷面開切眼一

次成巷施工技術(shù)研究.煤礦工程，2013(6)

李常玉.大跨度綜采工作面切眼快速掘進(jìn)技術(shù).能源技術(shù)與管理，2011(6) 李智勇.頂板破碎條件下連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)工藝技術(shù)研究.能源技術(shù)與管理，2014(2)

韓磊,孟祥瑞,曹懷建.大采高開切眼桁架錨索支護(hù)參數(shù)優(yōu)化研究.采礦與安全工程學(xué)報，2013(9)

何富連,吳煥凱等.深井沿空掘巷圍巖主應(yīng)力差規(guī)律與支護(hù)技術(shù).中國煤炭，2014(3)

趙國貞,馬占國等.復(fù)雜條件下小煤柱動壓巷道變形控制研究.中國煤炭，2011(3)

馬占元.大跨度切眼圍巖穩(wěn)定性分級及變形控制研究.煤炭工程，2015(6)

黃慶國,高峰等.特厚煤層綜放工作面大斷面切眼支護(hù)技術(shù).煤炭科學(xué)技術(shù)，2011(5)

[10]李智勇,屠世浩等.不規(guī)則邊角煤塊段煤層地質(zhì)條件評價及分類.中國煤炭，2011(11)

[11]張能虎,李智勇等.礦井邊角煤塊段經(jīng)濟(jì)可采性評價分析.中國煤炭，2011(2)

(責(zé)任編輯 張毅玲)

Study on interval and divided once-tunneling and support technology for 9 m large-span open-off

Liu Zhanbin1, Li Zhiyong2

(1. Huandian Coal Industry Co., Ltd., Xicheng, Beijing 100035, China;2. Shaanxi Huadian Yuheng Coal and Electricity Co., Ltd., Yulin, Shaanxi 719000, China)

Once-tunneling technology for large-span cutting hole of fully mechanized working face with large height is an important technology of safe and rapid tunneling and fully mechanized mining equipment's installation. The open-off roadway of No. 11217 mining face of Xiaojihan Coal Mine was 330.8 m long, 9 m wide and 3.8 m high, the span was large, so interval and divided once-tunneling method with continuous miner and corollary equipment was adopted, that was average 4 cycles per day and 28 days in total, and the method realized parallel working of tunneling and supporting and interval, continuous and rapid tunneling.

open-off, large-span roadway, roadway drivage, continuous miner, once-tunneling, supporting technology

TD353

A

劉占斌(1972-)，男，高級工程師，主要從事采礦工程的研究和管理工作。