掘進機后退式斜切擴幫工藝的應用

吳士全 徐衍民 張經龍

（汶上義橋煤礦有限責任公司，山東 濟寧 272500）

通常情況下，采煤工作面切眼小斷面即導硐施工后，采煤設備安裝前需進行二次擴幫，以滿足綜采設備安裝的空間需求[1]。切眼擴幫一般采用鉆爆法或掘進機截割法，擴幫速度直接影響設備的安裝工期和采掘接續[2]。選擇安全系數大、掘進工效高且掘進工期短的施工方案，對于礦井安全接續和經濟效益有極大的正相關影響。本文通過實踐總結，綜掘施工切眼小斷面后，采用掘進機后退式分段對采煤工作面進行斜切擴幫作業，該方案避免重復支設單體液壓支柱對頂板的破壞，避免二次安裝皮帶機和跑道，減少了工作量，降低了勞動強度，充分發揮了掘進機快速靈活掘進的特點，比傳統鉆爆法擴幫提前8d時間具備了綜采設備安裝條件。

1 概況

汶上義橋煤礦有限責任公司4308工作面切眼設計長度190m，沿煤層頂、底板施工，施工坡度約為5°，采用傾斜長壁采煤法布置工作面，一次采全高方式采煤。煤層頂板為灰白色細砂巖和灰色粉砂巖、底板為深灰色砂質泥巖和淺灰色細砂巖。

1.1 切眼導硐

切眼小斷面規格為矩形，已與4308工作面上、下順槽貫通，小斷面掘進寬度4000mm，掘進高度約為3200mm（沿煤層頂底板施工），掘進斷面面積12.8m2。切眼導硐掘進期間使用EBZ-160掘進機進行破煤，采用DSJ80/40型皮帶機運煤。

1.2 切眼導硐支護設計

切眼頂部永久支護選用MSGLD-335/Φ20×2500mm等強螺紋鋼錨桿，幫部選用MSGLD-335/φ20×2100mm等強螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為800×800mm，錨固力50kN。頂部采用錨索+槽鋼加強支護，錨索規格為Φ15.24×5000mm，槽鋼規格為14#×3800mm，錨索間排距為1700×3200mm，每排布置三根錨索。

1.3 切眼擴幫

擴幫斷面為矩形，掘進寬度3000mm，掘進高度4000mm（頂部沿頂），擴幫后切眼跨度為7000mm。切眼擴幫支護方式如下：

錨桿支護與切眼導硐支護一致，錨索+槽鋼沿擴幫施工方向，在擴幫中心線縱向布置，錨索間距為1700mm。

擴幫期間，采用單體液壓支柱配合1000mm鉸接頂梁對切眼頂板進行加強支護。單體型號為DZ45液壓單體，沿擴幫后巷道中線兩側各1200mm處打設，單體間距為1000mm，單體上部掛1000mm鉸接頂梁（橫向布置），底部穿鐵鞋，單體迎山有力，迎山角為1°～2°，初撐力不低于90kN。驗收員每班對工作面單體支設質量進行檢查，使用單體測壓表對單體初撐力進行檢測（支柱不大于10棵時，每棵進行檢測；支柱大于10棵時，每班抽檢不小于10棵）。擴幫后支護示意圖如圖1所示。

圖1 擴幫后支護示意圖(單位：mm)

2 切眼擴幫施工工藝

傳統擴幫方法是待切眼導硐與上下順槽貫通后，拆卸掘進機重新安裝皮帶機和耙裝機進行鉆爆法擴幫[3]，但是該方案工作量大，延長施工工期。

2.1 掘進機后退式斜切擴幫

（1）采用掘進機分段后退，再逐排向前斜切擴幫，分段距離不得大于50m，分段長度以35～45m為宜。

（2）施工工藝：按分段長度退掘進機、退跑道→打設左幫（切眼導硐側）單體→拆除右幫（擴幫側）錨網支護→掘進機斜切入刀掘進擴幫→臨時支護→永久支護→牽引跑道→掘進。

（3）每段向前掘進到位后，退掘進機、退跑道，打設右幫單體，進入下一段施工。后退斜切施工示意圖如圖2所示。

圖2 后退斜切施工示意圖

2.2 施工管理

（1）在掘進機后方安裝一臺JSDB-12穩車，后退跑道時使用該穩車配合繩徑不小于15.5mm的鋼絲繩牽引掘進機跑道。牽引跑道時可使用皮帶電鈴作為信號，皮帶、穩車牽引采用1套信號裝置時，“1聲”為停止，“2聲”為皮帶運行，“3聲”為穩車緊繩，“4聲”為穩車松繩。

（2）在不影響掘進機斜切進刀的情況下，盡量縮短支設的左幫單體至掘進機的距離，一般不得大于6m。

（3）每分段施工結束，退機后，必須及時支設右幫單體，該側單體距未擴幫實體煤壁不大于2m。

（3）掘進機截割前拆除右幫原支護軋花網，每次不得超過4排錨桿，每次截割循環進尺不得超過3排錨桿。

（4）軋花平網整體拆除，使用鐵絲或前探梁固定在已施工巷道頂部，截割完畢后使用該軋花網支護擴幫側巷道頂板。

（5）掘進機截割時，在掘進機前方不小于10m的位置拉設警戒線，掛設警戒牌，防止人員進入掘進機截割危險區域。

（6）斜切進刀三角區，擴幫側未成巷段，距離頂板1～1.5m處在煤壁上打設錨桿掛網進行臨時支護，防止煤壁片幫。

3 掘進機后退斜切擴幫的優缺點

3.1 相較傳統鉆爆法施工方案的優點

（1）與炮掘擴幫相比，有效地減小了放炮對巷道圍巖及支護的破壞，適用壓力大、跨度大的切眼擴幫。

（2）與地質條件、支護設計相似的4302工作面、4306工作面炮掘擴幫相比，4308工作面擴幫寬度比4302工作面擴幫寬度超700mm，炮掘每班平均進尺四排即3.6m，采用此工藝每班平均進尺6排即5.4m，與炮掘相比減少了打眼放炮的時間，可以極大提高擴幫工效。

（3）可集中對單體進行支護，避免了每班人員分散進行單體支護，也解決了炮掘崩壞單體的問題，提高了安全系數及工效，減少了班組人員定額。

（4）與炮掘擴幫相比，掘進機截割時減少了對煤壁的的震動，成型易控制。

（5）切眼導硐施工結束后，可使用原皮帶機出煤，而且掘進機可實現邊截割邊出煤，充分利用了掘進機快速高效的優點。

（6）在單體之間安設木板，有效減少了擴幫期間破煤的灑落面積，有利于出煤的快捷，減輕了工作勞動強度。

（7）整體拆除原巷道幫部支護軋花網，對擴幫處頂板支護，簡化了臨時支護工藝，提高了臨時支護安全系數，節約了支護材料。

3.2 存在的問題及改進方向

（1）掘進機斜切進刀時，掘進機二運卸載點與皮帶搭接處出煤不順暢，易撒煤，因此每段長度不宜過大，且需在搭接處采取防煤矸灑落措施。

（2）掘進機進入擴幫側時，因掘進機偏離皮帶中心線角度較大，掘進機在跑道行進過程中容易掉道。因此需加寬跑道邊沿寬度或采用“雙板”跑道限位固定二運滾輪。

4 結論

汶上義橋煤礦有限責任公司打破傳統的切眼擴幫方式，采用掘進機后退斜切擴幫方案，較傳統炮掘施工，掘進工效提高兩倍，具有工藝簡單、勞動強度低、施工速度快、作業安全等特點，為今后切眼快速高效擴幫提供了寶貴的實踐經驗。