同忻礦復(fù)雜條件下工作面順槽掘進(jìn)技術(shù)探討

劉振華

我國煤炭儲量豐富，埋藏深度的變化致使煤層的賦存條件復(fù)雜化[1-4]。隨著煤礦綜采裝備、技術(shù)與成套礦用設(shè)備設(shè)施的迅速革新，煤炭開采強(qiáng)度日益增加，使煤礦井下煤（巖）巷掘進(jìn)工程任務(wù)增加，巷道掘進(jìn)不僅是礦井煤炭開采的必要條件，更是工作面回采的必要環(huán)節(jié)[5]。因此，選取同忻礦8201工作面皮帶順槽對巷道掘進(jìn)的方法與技術(shù)進(jìn)行研究，完善并優(yōu)化巷道掘進(jìn)工藝，提出合理安全技術(shù)措施，滿足巷道掘進(jìn)工程的高效、清潔以及安全生產(chǎn)的目標(biāo)[6-9]。

1 巷道掘進(jìn)基本情況

掘進(jìn)巷道為同忻礦三盤區(qū)山2#煤層8201工作面皮帶順槽，用于8201工作面回采時的通風(fēng)、運(yùn)煤、行人、管線吊掛，北西部為8202設(shè)計工作面，北東部為山2#層盤區(qū)巷，南西為山2#煤層可采邊界，南東為8206設(shè)計工作面，煤層地面標(biāo)高：1 327 m～1 410 m，井下標(biāo)高：888 m～908 m。

表1煤層頂、底板巖性特征

根據(jù)勘探鉆孔資料及綜合柱狀圖，煤體結(jié)構(gòu)簡單煤厚1.99 m～3.98 m，平均 2.71 m，含夾矸1～2層(0.15～0.4)。巷道為石炭系，巷道類別屬于半煤巖巷，坡度-2°，瓦斯絕對涌出量0.42 m3/min，煤塵具有爆炸性，煤層有自燃發(fā)火的傾向。山2#煤層底板突水系數(shù)0.015～0.019 MPa/m，底板帶壓小于0.06 MPa，屬相對安全區(qū)。煤層頂、底板巖性特征如表1所示。

2 巷道掘進(jìn)工藝研究

2.1 施工方法

8201工作面皮帶順槽斷面為矩形，使用EBZ-260（H）型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)一次成巷，沿煤層底板掘進(jìn)。

圖1鉆眼布置、裝藥結(jié)構(gòu)

在掘進(jìn)過程中，出現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造機(jī)組無法截割時，需采用打眼爆破方法進(jìn)行施工，采用普通鉆孔爆破方式，直眼菱形鉆孔爆破，鉆眼布置、裝藥結(jié)構(gòu)見圖1所示。巷道交叉口處以間距3米布置三架組合錨索，每組三根錨索；調(diào)車硐室施工采用掘進(jìn)機(jī)全斷面施工法一次成型，開口前打好鎖口錨索，水倉施工使用風(fēng)鎬人工起底，探巷硐室施工先用掘進(jìn)機(jī)將硐室輪廓割出，再使用風(fēng)鎬人工施工成型。

2.2 掘進(jìn)方法流程

8201工作面皮帶順槽掘進(jìn)方法流程：①交接班安全檢查與準(zhǔn)備：從巷口至工作面按照從外向里的順序?qū)ο锏赖耐L(fēng)、瓦斯、頂、幫、支護(hù)、水、煤塵、機(jī)電設(shè)備、機(jī)組以及所有設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行全面的安全檢查；②校對巷道中線推浮煤巖：按照規(guī)程設(shè)計要求，根據(jù)中線劃出巷道輪廓線，只有中線的三點(diǎn)都在一條直線上時，方可根據(jù)中線截割巷道；③拉滑道伸皮帶；④掘進(jìn)機(jī)割煤與運(yùn)煤：按永久支護(hù)間距確定截深為1 000 mm，按巷道斷面要求確定切割滾筒左右終止位置保證巷道規(guī)格形狀，在切割滾筒旋轉(zhuǎn)的情況下，從右下角進(jìn)刀，按由下而上橫向切割，推進(jìn)速度不宜太大；⑤安全檢查、臨時支護(hù)、永久支護(hù)、掘進(jìn)機(jī)割煤進(jìn)入下一循環(huán)。

2.3 支護(hù)驗算

按組合梁原理驗算，根據(jù)采礦工程設(shè)計手冊（2003）表6-1-90，錨桿參數(shù)整體計算方法對錨桿長度l的確定：

式中：l—錨桿總長度，mm

l1—錨桿外露長度，l1取100 mm；

l2—錨桿的有效長度，mm；

l3—錨桿的錨固長度，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗取0.9 m；

頂錨桿的有效長度l2的驗算公式，

式中：L—巷道凈寬度，mm；

k1—安全系數(shù)，掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)取3；

p—上部均布載荷，mm；

φ—與組合巖層數(shù)有關(guān)的系數(shù)，組合層數(shù)取2層，對應(yīng)φ值取0.75；

σ1—巖層抗拉強(qiáng)度，根據(jù)地質(zhì)資料取1.68 MPa；

σ2—原巖水平應(yīng)力；

上部均布載荷P=γH

式中：γ—為巖石的容重，砂巖取28 kN/m3；

H—為計算上部均布載荷的巖石厚度，取2.5 m；

原巖水平應(yīng)力σ2=λγZ

γ—為巖石的容重，砂巖取28 kN/m3；

Z—巷道埋深，取500 m；

固選用φ 22 mm×2 500 mm能滿足頂板支護(hù)的要求。

2.4 巷道管線布置

在掘進(jìn)過程中，風(fēng)筒、水管、電纜等按巷道斷面圖規(guī)定的位置吊掛牢固整齊；風(fēng)筒吊掛靠右?guī)停ＷC平直不漏風(fēng)，距頂≤300 mm、距幫≥200 mm，風(fēng)筒出口距工作面迎頭≤10 m；4寸靜壓供水管路、壓風(fēng)管路、排水管的吊掛做到平直、牢固、符合安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的各項要求；各類電纜必須吊掛在專用電纜鉤上，在巷道內(nèi)吊掛點(diǎn)的間距≤3 m，相同電壓電纜間距≥50 mm，高低壓電纜之間間距≥100 mm。

3 巷道掘進(jìn)安全技術(shù)措施

8201工作面皮帶順槽掘進(jìn)期間，分別在“一通三防”、頂板管理、防治水、機(jī)電、運(yùn)輸、其他等方面編制安全技術(shù)措施。

3.1 一通三防

（1）通風(fēng)安全技術(shù)措施

8201工作面皮帶順槽采用局部通風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)，同時安裝兩臺同等能力的局部通風(fēng)機(jī)，采用三專（專用開關(guān)、專用電纜、專用變壓器）供電，并能自動切換，局部通風(fēng)機(jī)安裝地點(diǎn)到回風(fēng)口巷道中的最低風(fēng)速不低于0.25 m/s。

（2）防瓦斯安全技術(shù)措施

掘進(jìn)工作面因過斷層或局部破碎帶，造成體積大于0.5 m3的冒落區(qū)，必須設(shè)置風(fēng)障預(yù)防瓦斯積聚。專職瓦檢員必須每班對該地點(diǎn)進(jìn)行不少于2次的瓦斯檢查，發(fā)現(xiàn)超限，及時撤出人員，切斷巷內(nèi)供電電源，并進(jìn)行處理。掘進(jìn)工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中CH4濃度不允許超過1.0%，CO2濃度不允許超過1.5%時。

（3）防塵安全技術(shù)措施

防塵管路系統(tǒng)采用管徑≥50 mm的鋼管。每100 m安裝一個三通截門，并設(shè)在人行側(cè)，防塵管路距工作面不超過20 m。各裝煤轉(zhuǎn)載點(diǎn)需安裝噴霧灑水裝置，距回風(fēng)口50 m范圍內(nèi)安裝一道固定凈化水幕，距工作面30 m內(nèi)安裝兩道移動凈化水幕，巷道的定期沖洗，要求每周兩次，巷內(nèi)煤塵堆積厚度不得超標(biāo)(即連續(xù)5 m且厚度達(dá)到2 mm)，機(jī)頭機(jī)尾設(shè)專人清理浮煤。

（4）防滅火安全技術(shù)措施

當(dāng)巷道發(fā)生冒頂時，對冒頂區(qū)及時采用不燃性材料充填，并用砂漿進(jìn)行噴漿，對冒頂區(qū)進(jìn)行防火處理，并每天檢查一次。皮帶頭硐室20 m范圍內(nèi)采用不燃性材料支護(hù)，巷內(nèi)浮煤每周定期清理一次，每周全面沖洗巷道兩次，皮帶頭尾浮煤每班必須清理干凈。每次切割后，必須對工作面30 m范圍內(nèi)進(jìn)行一次徹底沖洗。

3.2 頂板管理安全技術(shù)措施

巷道內(nèi)必須配備長度不小于2 m的專用長柄工具用于執(zhí)行“敲幫問頂”的安全檢查制度，嚴(yán)格執(zhí)行開工前的“四位一體”檢查制度，，掘進(jìn)巷道遇斷層、褶皺構(gòu)造、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造時，另編寫專項安全技術(shù)措施。

3.3 防治水安全技術(shù)措施

掘進(jìn)巷道防治水工作必須嚴(yán)格執(zhí)行“預(yù)測預(yù)報、有掘必探、先探后掘”的探放水規(guī)定，為防水患，應(yīng)將4寸排水管接到距探放水地點(diǎn)不超過30 m的位置，端頭安裝4寸閥門。探訪水地點(diǎn)準(zhǔn)備1臺45 KW水泵熱機(jī)備用，在打探放水鉆孔過程中，發(fā)現(xiàn)煤巖松軟、片幫、來壓或者鉆眼中水壓、水量突然增大和頂鉆等透水征兆時，應(yīng)當(dāng)立即停止鉆進(jìn)，但不得拔出鉆桿，立即向礦領(lǐng)導(dǎo)匯報。

3.4 機(jī)電安全技術(shù)措施

在檢修掘進(jìn)機(jī)前，必須將掘進(jìn)機(jī)退出工作面5 m以外的安全地點(diǎn)，切割頭必須落地。檢修時應(yīng)切斷機(jī)組電源，認(rèn)真檢查掘進(jìn)機(jī)周圍的頂、幫、支護(hù)、通風(fēng)、瓦斯情況，確認(rèn)安全后方可檢修，檢修機(jī)組必須嚴(yán)格執(zhí)行停電制度，嚴(yán)禁帶電檢修。停送電嚴(yán)格執(zhí)行誰停電、誰送電，嚴(yán)禁其他任何人送電，并掛好“有人工作、禁止送電”的停電牌。

3.5 運(yùn)輸安全技術(shù)措施

開機(jī)前，檢查皮帶各部位是否完好，皮帶接頭是否牢固，是否跑偏，張緊程度是否正常，托輥運(yùn)轉(zhuǎn)是否靈活。嚴(yán)禁皮帶倒轉(zhuǎn)，嚴(yán)禁乘人和拉運(yùn)設(shè)備及物料，機(jī)器轉(zhuǎn)動時，不得檢修，停機(jī)前必須將皮帶上的煤拉盡，工作結(jié)束后，皮帶開關(guān)手把必須打到“零位”并閉鎖。

3.6 其他安全技術(shù)措施

制定職業(yè)病危害管理措施，建立安全生產(chǎn)責(zé)任制，制定安全管理制度和操作規(guī)程，本著“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的方針和“以人為本”的科學(xué)發(fā)展觀制定了安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)。

4 巷道掘進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新

通過對現(xiàn)有巷道掘進(jìn)工藝中，存在的一系列問題中總結(jié)出滿足現(xiàn)場實(shí)際需求的方法、技術(shù)和裝備研發(fā)與更新，其中包括：廢舊皮帶在掘進(jìn)巷道支護(hù)中的應(yīng)用、錨桿定位尺的制作與應(yīng)用、清理皮帶尾淤泥裝置和全角度錨索施工專用支架等，不僅提高了安全系數(shù)和工作效率，還直接節(jié)約成本100余萬元。

5 總結(jié)

（1）巷道高效地掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)在現(xiàn)有掘進(jìn)工藝和裝備基礎(chǔ)上繼續(xù)研究開發(fā)，以達(dá)到更高的安全掘進(jìn)效果和成本節(jié)約。

（2）對支護(hù)進(jìn)行驗算后合理確定頂板支護(hù)規(guī)格，采用合理的掘進(jìn)工藝，提高掘進(jìn)、生產(chǎn)效率，在實(shí)際生產(chǎn)中取得較好的效果，月進(jìn)尺達(dá)到300 m。

（3）通過對同忻礦8201工作面皮帶順槽掘進(jìn)工藝的選擇與安全措施的制定進(jìn)行分析，對于保證煤礦安全掘進(jìn)是非常重要的，提供了一定的技術(shù)參考依據(jù)。