連續采煤機雙巷掘進工藝及參數優化

溫江龍

(山西省陽泉煤業集團沙鋼礦業投資有限公司，山西臨汾 043500)

0 引言

目前，在煤礦巷道開采工藝當中，連續采煤機的應用緩解了采掘接替的緊張關系，同時回采速度得到了大幅度的提升，其安全高效的特性十分符合快速掘進工藝的具體要求。同時，連續采煤機還具有體積小、調動靈活、使用簡單、方便的優點。然而在現階段的巷道掘進中，由于存在著地質條件的變化，使得掘進工作面最大控頂距的設計問題、配套設施、操作工藝不夠成熟等原因，極大程度上制約了連續采煤機的雙巷掘進發展［1］。

1 實例分析—地質條件和巷道概況

1．1 巷道所處的地質情況

煤礦在巷道掘進中，與地面所對應的標高為1 296～1 330 m;而煤層的底板標高為1 170～1 180 m，因此巷道在1－2煤層當中需要沿著煤層的底板進行掘進。而頂煤的上部則需要保留1 m以內的厚度，內生裂隙不發育。在該盤區，煤層的厚度變化極大，變異系數接近50%，十分不穩定。煤層最薄處為2．3 m，最厚處為 4．0 m，平均 3．3 m。隨著施工作業向前推進，煤層厚度存在一定變化，總體呈現出俯角的趨勢，角度為3°左右。巷道頂底板的特征中，砂巖基本頂的厚度在22～26 m之間，直接頂厚度為0．3～1．66 m，直接底板的厚度為 1．66 ～5．8 m，基本底主要為中細砂巖，厚度在8 m以內。從煤礦所在地的地質情況可以大致了解到該地區的巷道中的基本構造為參差不齊的塊狀構造，同時還具有條狀和帶狀的形態，其顏色以黑色為主，間或有半亮形態的灰色，遇水極易融化。其余特征數據為砂巖基本頂厚度保持在26 m以內，但不低于22 m，直接頂板的厚度不超過1．66 m，基本底為中砂巖和細砂巖，厚度不超過8 m。

1．2 施工的巷道基本情況

該煤礦采用雙巷道，分別命名為A巷道和B巷道。兩條巷道作為主、輔運輸巷，都屬于首采工作面的準備巷道。該巷道在設計時提前規避了四周所遭受到的采動影響。兩條巷道的設計長度均為1．7 km，兩巷之間設置有煤柱，其規格為15 m左右，整個走向段掘有38個聯絡巷。其中1號措施巷長度為142 m，2號措施巷長度為39 m，總工程量合計4 309 m，巷道截面形狀呈矩形。

2 參數的數據模型建立及分析

2．1 模擬分析軟件

掘進工作當中能否應用連續采煤機進行雙巷掘進的技術關鍵在于掘進工作面的最大控頂距。根據該煤礦的實際情況，選用了某模擬測試軟件進行測試計算，并針對覆巖活動的規律進行模擬分析。該測試軟件需要具備如下特點，①具有高針對性的對于非連續介質二維離散元程序;②需要能夠使離散塊體發生變形并允許塊體在節理面轉動、冒落和滑動的情況得到模擬;③應該具有自動識別出新的接觸的功能，例如在掘進過程中，工作面的支護由端頭完成，在模擬當中可以等同為煤體支撐。

2．2 模型建立

該煤礦雙巷道的模型當中，走向長度為100 m，高度為40 m，工作面的掘進深度為160 m，煤層直接頂厚1 m，高度3 m，基本頂、直接底、基本底分別為25 m、3 m、8 m，并有圖1所示模擬形態。

圖1 模擬模型中雙巷道的樣式

2．3 模擬計算結果

推進掘進工作面，在推進達到15 m之前，工作面上部的直接頂和基本頂并未出現損壞，而當掘進工作面到達該推進進度時，掘進工作面的上部基本頂出現了明顯的錯位，超前工作面的前方直接頂也出現了部分的破段錯位，但未發生掉落。離層并未在基本頂和直接頂上出現，而工作面的尾部和端部卻形成了應力集中區，經過最大應力的模擬測試，發現該工作面的前方應力已經超過20 MPa。模擬端、中、尾部設置3個測試點，其中端、中部下沉量達到了20 mm，中部頂板的下沉量最為巨大，超過了35 mm，因此在實際工作中需要將頂板彎曲變形量的設置提高，才能對頂板起到控制作用。

根據這一結果，結合該盤區的煤層厚度變化最終確定在原有基礎之上，工作面的最大控頂需要增加至13 m以上，而掘進工作面的最小控頂，即在錨桿機前段機身在頂住工作面的端頭之時，工作面端頭到達機械鉆臂的長度，需要設置在1．5 m以上，從而要求在正規的循環作業當中，循環的具體尺寸需要設定為12 m。此外，遇到斷層和頂板的實際變化時，做出如下優化方案:當頂板發生破碎、松軟有裂痕、煤層變薄、淋水增加時，經測量煤層厚度不足0．2 m，將循環進度最大值設置為5 m;而當發生斷層或者頂板破碎嚴重時，循環進度設置為最大4 m，同時需要增大補強保護，甚至還需要打錨索進行加強支護［2］。

3 掘進工藝實施

3．1 連續采煤機工藝

根據運煤方式，連續采煤機的工藝系統可以分為兩種。其一是連續采煤機－橋式轉載機－萬向接長機－帶式輸送機;其二是連續采煤機－轉載破碎機－帶式輸送機。這兩種工藝當中，前者是連續運輸的工藝系統，十分適用于薄煤層;而后者是間斷運輸的工藝系統，則更加適用于中厚煤層。在掘進的過程中，連續采煤機需要和錨桿機平行作業，首先連續采煤機需要在A運輸巷落煤，再通過裝載機將煤裝入連續采煤機后部梭車之中，由梭車運入到破碎機，將大煤塊打碎，均勻地運送到B運輸巷再將其運出。在作業過程中，錨桿機需要在A運輸巷內對頂板進行支護工作，一般順序為定位、鉆眼、安裝錨桿，從而保證道路通暢。

3．2 配套設備

連續采煤機的工藝系統包含了采煤機、錨桿機、破碎機、梭車等配套設備共同完成雙巷道的采煤作業。在實驗過程當中，選取了12CM15-10B型號連續采煤機，配10SC32M型梭車和1030型破碎機完成轉載、破碎、運輸的工作。巷道內的支護錨桿機則選用ARO-40-RELMB-CWT型。同時，配套移動變電站10座，帶式運輸機3部，局部通風機一臺，激光指向儀兩臺，從而保證工作順利進行［3］。

3．3 巷道掘進

開切口和采垛:在每一次掘進巷道之前，需要將連續采煤機的位置調整為巷道前進方向的左側，并利用激光確定位置，向正前方的煤壁逐步切割，這一程序被稱為開切口。在完成了開切口之后，需要調整連續采煤機到巷道前進方向的右側，同時用激光線定位，開割巷道寬部的剩余部分，這一工序稱為采垛，如圖2所示。

圖2 開切口和采垛示意

截割:在連續采煤機進行截割時，兩種程序都需要進行升刀，即將采煤機的截割頭提升至巷道頂板，再利用截割頭掃去20 cm左右的煤皮，即掃頂作業。掃頂結束之后，將降低20 cm截割頭向前切入到煤體當中，位置在1 m左右，被稱為進刀作業，其后在進行割煤和挖底的操作，完成一個循環。這一循環被稱為一個截割循環，每一個截割循環需要向前推進1 m左右的距離，直到完成巷道的推進。

4 結語

在對連續采煤機的雙巷道掘進工藝的參數優化過程中，通過實地考察，完成信息搜集，并利用專業軟件進行模擬，從而達到了最大控頂距的基本要求，模擬了在實際施工過程中可能出現的問題并給出相應控頂距標準。總結了連續采煤機的施工工藝。