掘錨一體機(jī)在三軟煤層巷道施工中的應(yīng)用

宋國忠 安昌輝 丁樹叢

（1.通用技術(shù)集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 濟(jì)南 250031；2.內(nèi)蒙古伊泰煤炭股份有限公司塔拉壕煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

塔拉壕煤礦為典型的三軟地層，原設(shè)計(jì)采用綜掘機(jī)施工煤層巷道。為了提高掘進(jìn)速度，購置MB670型掘錨一體機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)3個月，平均施工速度395m/月，遠(yuǎn)低于大柳塔煤礦正常掘進(jìn)速度1600m/月[1]。本文通過分析影響因素，提出改進(jìn)措施，提高了巷道施工速度。

1 工程地質(zhì)條件

塔拉壕煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市東勝區(qū)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力6.00Mt/a。含煤地層為侏羅系中下統(tǒng)延安組，地層傾角一般0～3°，未發(fā)現(xiàn)落差10m以上的斷層。目前開采2、3煤層，煤層及頂?shù)装蹇箟簭?qiáng)度絕大部分小于30MPa，巖石的抗壓強(qiáng)度很低，是典型的三軟煤層，煤層埋藏深度100～330m。

3煤層厚度0.31～5.48m，平均3.22m。頂板主要為砂質(zhì)泥巖和粉砂巖，局部為細(xì)粒砂巖，底板主要為砂質(zhì)泥巖。頂?shù)装鍘r石的孔隙率1.62%～28.86%，含 水 率 0.08%～6.13%， 吸 水 率 0.93%～12.44%，吸水狀態(tài)抗壓強(qiáng)度0.99～8.29MPa，自然狀態(tài)抗壓強(qiáng)度 2.60～43.40MPa（平均 15.07MPa），軟化系數(shù) 0.06～0.52，抗拉強(qiáng)度 0.20～4.50MPa，抗剪強(qiáng)度0.14～36.20MPa。多數(shù)巖石遇水后軟化變形，甚至崩解破壞，巖石的軟化系數(shù)全部小于0.75，軟化性強(qiáng)，抗水、抗風(fēng)化能力弱，工程地質(zhì)性質(zhì)較差。自然狀態(tài)下巖石的節(jié)理裂隙不太發(fā)育，巖芯較完整，但巖石易風(fēng)化，巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）值較低，為15%～66%，平均53%，巖體質(zhì)量指標(biāo)值（M）為0.0013～0.095，平均0.027。自然狀態(tài)下巖石的質(zhì)量等級為Ⅳ級，巖體完整性差；巖體質(zhì)量等級為Ⅳ級，巖體質(zhì)量差。

2 巷道布置及支護(hù)參數(shù)

煤礦采用斜井+分煤層大巷的開拓方式，大巷兩側(cè)布置回采工作面，工作面順槽采用雙巷布置，沿空留巷服務(wù)下一個區(qū)段。

掘錨一體機(jī)施工3101工作面主運(yùn)順槽。順槽設(shè)計(jì)總長度4920m，均沿煤層頂板掘進(jìn)，局部煤層厚度小于巷道高度時破底施工。采用矩形斷面，凈寬5.2m，凈高3.4m。采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，參數(shù)如下：

（1）頂部采用Ф20×2500mm左旋螺紋鋼錨桿，五花布置，間排距為900×1000mm，每排6根錨桿配合梯子梁，在左右兩側(cè)肩窩的兩根錨桿配合鋼帶托盤進(jìn)行支護(hù)。

（2）非回采幫部采用Ф18×1800mm左旋螺紋鋼錨桿，五花布置，間排距為900×1000mm，每排3根，破底量大時幫錨桿增加為4根。

（3）回采幫部采用Ф27×2100mm玻璃鋼錨桿，五花布置，間排距為900×1000mm，每排3根，破底量大時幫錨桿變更為4根。

（4）頂部錨索采用Ф21.8×7300mm錨索，間距1800×2000mm。

3 主要施工設(shè)備

掘錨一體施工主要設(shè)備見表1。

表1 掘進(jìn)工作面配套設(shè)備表

4 掘進(jìn)速度及影響因素分析

掘錨一體機(jī)前三個月平均速度395m/月，遠(yuǎn)低于一般煤礦600～700 m/月的掘進(jìn)速度。現(xiàn)場觀察、記錄、分析，主要有三方面因素影響掘進(jìn)速度：

（1）順槽層位不合理。按常規(guī)設(shè)計(jì)順槽布置在煤層中，沿煤層頂板少量破底掘進(jìn)，實(shí)際揭露發(fā)現(xiàn)頂板穩(wěn)定性差，易冒落。

（2）支護(hù)參數(shù)不合理。錨桿錨索五花布置，如圖1所示。間距1.0m，排距0.9m，支護(hù)步距0.4m。百米定位支護(hù)次數(shù)100/0.4=250次。

（3）掘錨一體機(jī)移動困難。掘錨一體機(jī)重103t，采用履帶行走，盡管降低了對底板抗壓強(qiáng)度和完整性要求，軟底巷道一般可以通過，但3101工作面主運(yùn)順槽有積水，導(dǎo)致軟巖底板泥化，引起掘錨一體機(jī)傾斜、沉陷，導(dǎo)致移動困難。

圖1 原設(shè)計(jì)支護(hù)布置圖

5 改進(jìn)措施

（1）微調(diào)順槽層位。現(xiàn)場經(jīng)過多次試驗(yàn)，確定留0.5m的頂煤后，頂板漏冒問題基本解決，順槽層位下調(diào)0.5m。

（2）優(yōu)化支護(hù)參數(shù)。錨桿錨索矩形布置，如圖2所示，間距0.9m，排距1.0m。在支護(hù)強(qiáng)度不變的前提下，縮小間距，增大排距，減少了停機(jī)次數(shù)。百米定位支護(hù)次數(shù)100/1.0=100次。停機(jī)定位支護(hù)次數(shù)降低了60%。

圖2 改進(jìn)后支護(hù)圖

（3）取消電動潛水泵。改用FQWW35-18型風(fēng)動潛水泵，該潛水泵吸水高度低，對于較少量的積水也能夠迅速排出，以壓縮空氣為動力，避免了電動潛水泵空轉(zhuǎn)燒電機(jī)的問題。

（4）封閉頂煤減少風(fēng)化。在掘錨一體機(jī)后方20～40m距離向順槽頂板噴射一層厚30～50mm混凝土，用來封閉頂煤，減少風(fēng)化。封閉后頂板完整，避免了風(fēng)化引起局部冒落的問題，減少了后部巷道維護(hù)影響掘進(jìn)施工的問題。

6 應(yīng)用效果

（1）改進(jìn)施工工藝后，掘錨一體機(jī)施工巷道平均速度達(dá)到554m/月，最快達(dá)到810m/月，掘進(jìn)速度提高40.3%。

（2）按每班作業(yè)人數(shù)為12人，每人月工資1萬元計(jì)算，每米巷道節(jié)省人工成本260元/m，每年每個掘進(jìn)工作面可節(jié)省人工成本172.5萬元。

（3）工作面設(shè)計(jì)的順槽長3000～5000m，掘進(jìn)速度提高后，接續(xù)緊張的局面明顯緩解。