1622運料巷極復雜條件下沿空托頂煤大坡度機掘施工工藝研究與實踐應用

摘 要：介紹了葛泉礦首個復雜條件下沿空托頂煤大坡度機掘施工工藝研究與實踐應用，施工過程中針對1622運料巷外段上幫預留煤柱較小、巷道后期頂底板及兩幫變形量較大、控制巷道兩幫成型及巷道頂板安全、工作面瓦斯異常、近沖積層下大坡度托頂煤施工及對施工過程中的大坡度爬坡、大坡度機掘安全施工、大坡度皮帶延長的異常施工難題進行了分析，制定了切實可行的各項安全技術措施，取得了較好的施工效果。

關鍵詞：高瓦斯；大坡度機掘；近沖積層

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.112

1 概述

葛泉礦1622工作面位于南翼2#煤二采區；東南為2#煤露頭，西南為DF4-3斷層，西北為南翼二采區軌道上山，東北為1621工作面。工作面總體為單斜東高西低，煤層傾角平均18°，厚度平均為4.5m。運料巷與1621工作面采空區毗鄰，由于受采空區動壓影響運料巷圍巖受到一定程度破壞。工作面局部坡度達到30°以及工作面里段后期需在沖積層下改為托頂煤施工，增加了掘進施工巷道支護難度。沿空留巷施工本身面臨著巷道圍巖破壞，支護困難等施工難題。

2 重點環節影響因素分析

2.1 瓦斯因素分析

由于該工作面為南翼瓦斯異常區，稍有不慎施工過程中就會造成瓦斯超限，進而引起更大的瓦斯事故。

2.2 近沖積層下大坡度沿空托頂煤施工因素分析

（1）為多回收資源運料巷選擇沿空掘巷，1621采空區對運料巷圍巖造成一定程度的破壞。

（2）工作面里段煤層厚度增大采取托頂煤施工，南翼2#煤層松軟破碎加大了頂板管理難度。

（3）工作面大坡度爬坡施工難題分析。根據EBZ135型掘進機的適用條件及現場實際施工情況可以知道上山機掘時，其適合于上山坡度在≤16度的情況>16度就會出現掘進機履帶打滑無法正常爬坡。

（4）工作面運料巷后期面臨近沖積層掘進，由于南翼2#煤煤層松軟破碎且局部地段有淋水情況，施工過程中還要沿斷層邊緣采用托頂煤施工工藝，給安全掘進施工帶來許多施工難題。

2.3 運輸環節影響因素

（1）大坡度機掘施工安全：根據施工現場的實際情況觀察，掘進機截割時迎頭產生的煤、巖塊會隨時產生安全隱患。煤、巖塊對鏟板兩側清煤人員的安全威脅，必須采取措施降低迎頭煤、巖塊對清煤人員的傷害。同時掘進機出煤是通過自身的刮板輸送機將煤運至掘進機后與其連接的轉載皮帶，通過轉載皮帶將煤運至其后的80皮帶上再向外運輸。由于巷道坡度較大，刮板輸送機機頭到轉載皮帶轉載點、轉載皮帶機頭至80皮帶機頭轉載點和轉載皮帶及80皮帶上都會出現煤、巖塊在皮帶上滾動、滑落的情況，隨時威脅著所有施工人員的安全，從而為現場施工人員帶來重大安全隱患。

（2）大坡度80皮帶的安全延長：掘進機轉載皮帶后的80皮帶，是保證掘進機截割期間進行連續運輸的重要一環，及時進行間隔延長，才能使整個運輸系統不斷線。而坡度>18°則會出現皮帶機尾下滑力情況，當千斤頂將機尾拖到某處后機尾會自動向下滑動，給延長機尾的施工人員及機尾以下施工人員帶來安全隱患，必須采取措施對皮帶機尾進行固定以防其下滑。

3 重點環節影響因素措施

3.1 針對運料巷局部瓦斯涌出異常采取以下措施

完善瓦斯異常區的管理機制，成立以區長為首、機電副區長、包隊副區長等參加的瓦斯異常管理小組并明確責任分工。由于1622運料巷瓦斯異常無法滿足安全生產，根據生產需要，將1622運料巷ZJT-45/660SF型號的變頻開關配BKJ-2×15KW對旋局部通風機，更換為ZJT-60/660型號的變頻開關配BKJ-2×30KW對旋局部通風機通風，并將風筒改為直徑為800mm的風筒通風，掘進施工過程中由于巷道瓦斯異常，將工作面中間進刀方式改為上行割煤方式，在后路運料巷與南翼二采運輸上山交叉口處安設瓦斯傳感器，由當班瓦斯員負責觀測，當后路瓦斯已達到臨界點，當班皮帶司機必須立即停止皮帶運轉，掘進機司機必須停止割煤，待瓦斯探頭讀數降到0.4%以下時方可正常作業。加強與有關職能科室的溝通與聯系，對工作面出現的瓦斯異常及時采取應對措施。要求班組長必須與瓦斯員進行溝通，交換瓦斯濃度數據同時對瓦斯檢測設備進行監控；值班人員要與通風區瓦斯值班員聯系，確保風機開關處于正常狀態。

3.2 針對近沖積層下大坡度沿空托頂煤施工影響因素采取以下措施

3.2.1 沿空掘巷施工工藝措施

（1）防止1621工作面采空區矸石及積水進入巷道，研究決定在1622運料巷掘進時采用留小煤柱沿空掘巷的方式，并根據煤層頂板及施工使用等實際情況計算得留設4m煤柱。

（2）在1621工作面回采完畢10個月，采空區頂板巖石活動穩定后開始掘進。

（3）由于巷道掘進后與采空區間小煤柱受到嚴重破壞，對頂板支撐作用有限且巷道實際跨度和懸頂距離增加，巷道頂板壓力大兩幫變形嚴重采用幫錨索梁加固兩幫，錨索分別深入頂底板加強支護質量，并采用單體+十字頂梁+靠幫梁的形式控制巷道圍巖變形。

3.2.2 托頂煤施工工藝措施

（1）1622運料巷里段煤層厚度增大，采用托頂煤施工最大托頂煤厚度為4.5m，頂錨桿長度取2.2m，間排距800×800mm；幫錨桿長度取2m，間排距800×800mm，頂網均采用規格為1.2m×1m的金屬網配合1.1m×5.5m的幫網組成；錨索梁布置方式由設計三路五花布置（間距2.5m、排距1.2m）改為四路加密雙邁步布置，間距1.5m、排距1m，并要求錨索梁距迎頭最大不超過2m，兩幫幫錨桿及幫網距迎頭不大于2排。

（2）由于與1621運輸巷中間留設煤柱小的原因，造成巷道整體斷面出現幫鼓底鼓嚴重變形、局部地段頂板出現斷錨索等異常情況。我隊及時將工作面加固方式改為沿空留巷加固方式施工，即在錨網支護巷道原有的基礎上采用π型鋼加單體（一梁三柱）加米梁及靠幫梁配合幫錨索梁補強支護的聯合支護措施施工，并要求聯合支護距迎頭最大不超過20m，并要求兩幫單體凈間距不小于3.6m，保證皮帶及軌道運輸間隙，π型鋼與頂板間隙采用木料褙嚴褙實，施工時控制循環步距，采取一排一錨頂幫支護及時跟頭。頂板破碎、壓力大時及時加密錨索，確保頂板支護強度。

（3）施工過程中巷道截割方式由上行割煤方式改為下行割煤方式施工，即先將巷道底板臥平臥順后，再從中間向兩端依次割至底板，上端要預留1m左右煤壁，待巷中以下煤壁截割完畢后再緩慢截割上端煤壁。待割完一排后及時安排人員打頂錨桿并上網，待一排頂錨桿施工完畢后，安排人員對本排頂錨桿進行二次預緊，各班掘進施工時只要能施工錨索當班必須及時補打，待錨索施工完后及時將錨索梁漲拉到位，保證各班錨索始終緊跟迎頭。

3.2.3 大坡度機掘施工工藝措施

（1）大坡度爬坡施工措施：大坡度爬坡的基本思路為：1622運料巷里段局部坡度達到30°，由于EBZ-135型掘進機的最大爬坡能力為16°，施工過程中通過模仿人員上山走臺階的道理，人為給掘進機制造“臺階”，使EBZ-135型掘進機爬坡能力由設計的±16度，提高到了30度，順利實現我隊“臺階式”大坡度機掘施工工藝，為該面能夠順利實現圈掘發揮了重要作用。

（2）強化履帶下的支墊施工措施：針對每班施工過程中，掘進機履帶的支墊為掘進機能否爬坡的關鍵，要求每側履帶配2人共4人專門負責履帶和后支撐的支墊。支墊施工的順序為：支墊左右后支撐→打起左右后支撐→支墊左右履帶→放下左右后支撐→支墊左右后支撐。直到履帶的坡度為16度掘進機可以向前行走。施工過程中由于掘進機炮頭臥底巷道凈高增加，當掘進機履帶通過后要及時將掘進機兩側的浮煤填于機身后，保證巷道凈高符合設計要求。支墊人員與司機必須相互喊話配合，同時為預防事故發生，當班的班組長必須現場指揮并負責觀察掘進機的行進情況，當發現異常時必須及時示警撤人。

4 近沖積層掘進施工措施

1622工作面運料巷里段沿15m沖積層煤柱線掘進，局部地段頂壓力較大有淋水給施工帶來較大困難，有淋水時施工錨桿錨索必須使用防水藥卷保證錨桿錨索錨固力，頂板破碎壓力大時加密錨索布置并施工單體配π型鋼加固頂板。并建立專門的頂板應急管理機制，各班班組長負責對重點地段進行排查，發現重大隱患現場由跟班人員負責監督整改落實，確保保證頂板支護強度防止出現頂板事故。

5 結束語

5.1 社會效益

通過不斷優化沿空掘巷及沖積層煤頂下托頂煤大坡度機掘施工工藝施工該工作面，不僅提高了該工作面的煤炭回收率，而且保證了我隊安全快速掘進施工，取得了較好的施工效果，首次開創了我礦首個“極復雜條件下沿空托頂煤大坡度機掘施工工藝”項目研究與實踐應用，并且安全高效完成了葛泉礦首個綜放工作面的圈掘，積累了在近沖積層地段實現安全托頂煤掘進的寶貴經驗，該工藝基本適應礦井煤層賦存厚的大部分地質情況，為今后綜放工作面布置施工工藝提供了依據及經驗。

5.2 經濟效益

1622掘進工作面創造的效益計算如下：

（1）優化托頂煤支護設計，1622工作面兩巷托頂煤長度按900m計算，可節約材料費用26100元。

（2）通過采用大坡度機掘施工工藝施工該工作面，節省人工費360000元。

（3）通過采用托頂煤施工工作面兩巷，多圈原煤產量10萬噸，按每噸350元/噸計算，直接經濟效益達3500萬元。

（4）通過優化1622極復雜條件下掘進工藝共節約資金和增加效益為3538.61萬元。

作者簡介：王飛（1986-），男，河北邢臺人，助理工程師。