煤巷擴修機械化生產(chǎn)線研究與應(yīng)用

【摘要】隨著煤炭市場需求的擴大，特別是采煤設(shè)備和采煤技術(shù)水平的提高，煤炭生產(chǎn)能力又一次大幅度提高，這使得煤礦的采掘接替及二次支護關(guān)系也要求越來越嚴格和緊張。目前二次支護擴刷依然以傳統(tǒng)的手持式風鎬為主，完全是依靠人力施工，勞動強度大，勞動效率低。因此，有效地增加煤巷機械化作業(yè)線，提升施工速度勢在必行。

【關(guān)鍵詞】巷道;機械化;擴修;生產(chǎn)線

1.前言

目前絕大多數(shù)煤礦二次支護擴刷依然以傳統(tǒng)的手持式風鎬為主，完全是依靠人力施工，勞動強度大，勞動效率低。另外巷道過長、轉(zhuǎn)運設(shè)備多給系統(tǒng)出煤、人工運料帶來了不便，人員配置上運料工比重較大，這些都嚴重制約了巷道的快速掘進。因此，有效地增加煤巷機械化作業(yè)線，提升施工速度勢在必行。我國單獨使用綜掘機、挖機在煤礦掘進及二次支護的施工中已經(jīng)比較成熟，但對與將兩者結(jié)合形成完整的配套作業(yè)線用于二次架棚支護尚屬罕見。

2.工程背景

趙固一礦是目前焦煤公司的主力產(chǎn)煤礦井，經(jīng)過幾年的開采，礦井面臨距采區(qū)較遠通風線路長等問題。趙固一礦北翼回風大巷為半煤巖巷道，原斷面為錨索加W鋼帶支護，擴修前巷道底鼓嚴重、幫部變形，但頂板成型完好，巷道高度不足2m、巷道斷面不足8㎡，返修總長度超過200m，擴刷后毛斷面需達到近30㎡才能滿足架棚需求。趙固一礦北翼回風大巷返修段長663.2m，煤層厚度5.2m，巷道最大坡度±5°，擴刷凈斷面寬5.5m，高5.4m。架設(shè)U36方環(huán)形封閉支架。方環(huán)棚凈高4619mm，凈寬4668mm，底拱弦高819mm，回填后凈高3800mm。為保證工程按期交付，經(jīng)研究決定在傳統(tǒng)作業(yè)方式上增加機械化生產(chǎn)線，使用綜掘機進行超前擴刷煤巷，后方30m處使用小挖機進行臥底出矸作業(yè)、其后緊跟人工架棚聯(lián)合作業(yè)。

3.機械設(shè)備配套

該配套作業(yè)的原則是提高二次支護工作面技術(shù)及裝備水平。巷道擴修架棚技術(shù)是煤炭開采中的一項重要內(nèi)容，安全、合理、有效的巷道支護是保證礦井實現(xiàn)高產(chǎn)高效的必要條件，該機械設(shè)備組合滿足在保證安全的前提下挺高了工作效率、顯著減輕了工人勞動強度。

3.1綜掘機。綜掘機型號選型考慮下幾個方面的問題：①所選綜掘機的生產(chǎn)能力應(yīng)能滿足生產(chǎn)任務(wù)的要求;②所選綜掘設(shè)備應(yīng)滿足快速掘進施工工藝的要求;③所選綜掘機型號應(yīng)滿足施工點地質(zhì)條件，比如說巷道寬度、面積、坡度、巖石硬度、抗壓性、巷道支護方式等等;④設(shè)備的選用應(yīng)盡量做到物盡其用即以最低的財政支出，創(chuàng)造最大的工效。采用相應(yīng)的支護機械和支護技術(shù)，及時、迅速、有效地實現(xiàn)快速支護，并使支護與截割最大限度地平行作業(yè)，簡化出貨及運料系統(tǒng)，提高綜掘機的開機率，才能大幅度提高掘進速度，故選用EBZ-160型懸臂式綜掘機。

3.2挖機。巷道支護架棚落底較深，且底板為巖層，綜掘機就失去了優(yōu)勢，需要用挖機來配合其進行臥底、挖底拱坑、出矸等作業(yè)。由于工作環(huán)境的特殊性，選用MWD5.5煤礦液壓挖掘機

3.3刮板機。由于挖機落底出矸不適用皮帶出矸，選用SGB620/40T刮板機滿足運輸需求。

3.4皮帶機。根據(jù)掘進機的掘進速度及出矸量計算出煤量并預(yù)留一部分余量，選擇DSJ800/2×55皮帶機。

3.5無極繩絞車。北翼回風大巷最大坡度為14°，運輸線路總長650m，作業(yè)線施工速度快，物料運輸量大且頻繁，選用SQ-120/132B型無極繩機械調(diào)速絞車滿足運輸需求。

3.6單軌吊。由于施工進度較快，考慮到人工卸料效率低且不安全，在后方材料運轉(zhuǎn)處，安裝單軌吊用以輔助卸料，提高效率增加安全系數(shù)。

4.施工組織

根據(jù)機械性能組織人員進行作業(yè)，勞動組織采取綜合掘進隊，三八作業(yè)制，每班作業(yè)人員分為掘進支護組、挖機落底組、人工架棚組，各組平行作業(yè)，保持進度統(tǒng)一。八點班為檢修班，對所有施工機械及運輸系統(tǒng)進行檢修。在檢修同時架棚作業(yè)不中斷，同時組織人員進行材料運輸，人工裝袋充填等作業(yè)。

將作業(yè)面分為3段：

第一段除綜掘機擴刷支護段及時擴刷將煤送出掘進工作面外，還需要將大量的材料、設(shè)備運往工作面。隨著工作面走向長度的加大，用人工運料，時間長、勞動強度大，限制了快速施工。為保證綜掘作業(yè)線連續(xù)均衡地生產(chǎn)，采用以膠帶作為牽引承載機構(gòu)的連續(xù)運輸設(shè)備，利用下部空膠帶向綜掘工作面運送各種支護材料。大大減輕了工人的勞動強度，加快了巷道的掘進速度。綜掘機擴刷后，自上而下由外向里施工兩幫滯后的錨索;綜掘機及其輔助運輸設(shè)備長為30m。

第二段經(jīng)綜掘機擴刷后作業(yè)空間增大，因需要架棚，還需要進一步進行落底作業(yè)，這時綜掘機就難以發(fā)揮，同時底板為巖層，給挖機的使用創(chuàng)造了條件，利用小挖機對硬巖進行破碎、軟巖直接進行挖掘，減少勞動強度，顯著提高掘進速度。挖機配合刮板輸送機，裝運功能強，履帶行走插入力大，全斷面裝載，出矸速度可連續(xù)作業(yè)。根據(jù)挖機性能及與其他設(shè)備配合需要該段長度為15m。

第三段在前方擴刷支護等工序完成的情況下，進行人工架棚充填。將二次支護工序分解后，以人力為主的只有架棚作業(yè)，占用時間較大的擴刷、落底、出矸等工序已分解并由機械化高效完成，大大地提高了架棚速度，最高單班架棚達8棚，并且實現(xiàn)了三班不間斷架棚。

5.詳細施工工藝內(nèi)容

5.1施工順序

敲幫問頂→引中心線、腰線→檢查頂、幫是否符合設(shè)計要求→擴幫→錨網(wǎng)支護→臥底→挖反底拱坑→架棚→回填底拱坑至設(shè)計高度→棚后裱褙金屬網(wǎng)充填煤（矸）。

5.2施工工藝

（一）幫部擴刷工藝

1、首先檢查施工地點的頂?shù)装迩闆r并進行敲幫問頂。對頂板斷裂錨桿（索）處補打φ17.8×4200mm點錨索支護。

2、擴幫前先對施工地點前后10m范圍內(nèi)電纜進行防護，防止施工過程掉落的煤矸砸壞電纜。

3、使用綜掘機配合人工進行擴幫，施工前檢查綜掘機工作狀態(tài)是否正常，施工范圍內(nèi)雜物清理干凈，電纜、管路防護完好，檢查完后進行擴幫施工。

（二）錨索安裝工藝

1、根據(jù)錨索間排距定好孔位，幫部采用ZQS-50手持式煤幫機打眼，頂板采用MQT-130/3.2錨桿機打眼。打完眼后，裝入樹脂錨固劑，用鋼絞線逐支輕推至孔底，安上攪拌器攪拌，攪拌時間20～35s，等待8min后，上錨索托盤和索具，采用MQ22-250/MQ18-250風動式錨索預(yù)應(yīng)力張拉機具緊固。

（三）臥底施工工藝

1、首先檢查施工地點的頂?shù)装迩闆r并進行敲幫問頂。要對頂板不穩(wěn)定的地方及時進行支護。

2、巷道臥底自北翼回風大巷（西）開口處開始向西落底至迎頭，采用EBZ160型綜掘機和人工相結(jié)合方式施工，嚴格按照地測科給定腰線施工。

（四）架棚工藝

1、架棚前首先對施工地點進行敲幫問頂，頂板巖石破碎段補打錨索進行超前支護，尺量巷道斷面規(guī)格是否達到設(shè)計要求。

2、底拱采用風鎬進行起底至設(shè)計深度，補打底腳錨索、掛金屬網(wǎng)。

3、錨網(wǎng)至設(shè)計后，架設(shè)鋼棚，安裝連接板，上緊螺栓。

4、架棚完成后，尺量棚間距、高度、扭矩、前傾后仰。

5、尺量棚符合要求后，棚后全斷面裱褙單層金屬網(wǎng)（充填厚度大于1m時使用雙層網(wǎng)裱褙），用編織袋裝入煤矸進行充填，充填要褙幫接頂，最后將底板清理至設(shè)計高度。

6.效益分析

6.1時間效益

綜合機械化生產(chǎn)線的投入，使得原本需要5個月才能完成的工程量縮短到1個月，節(jié)省了4個月的生產(chǎn)時間，極大地提高了生產(chǎn)效率。

6.2 社會效益

通過配套機械作業(yè)線的快速施工應(yīng)用，為以后趙固一礦其余需二次支護巷道安全高質(zhì)快速施工奠定堅實基礎(chǔ)，形成一套合理的施工組織方法，施工工藝及施工過程中質(zhì)量控制的成果，將會為煤巷二次支護的施工和相關(guān)技術(shù)發(fā)展提供有力依據(jù)和技術(shù)儲備。

參考文獻：

[1]劉東星，祁樂，李磊.軟巖巷道底鼓變形機理與治理技術(shù)研究[J].煤炭技術(shù)，2015（09）.

[2]祁樂，祁楠.動壓影響下巷道擴修數(shù)值模擬研究[J].煤炭技術(shù)，2014（09）.

[3]贠東風，王之宇，蘇普正，解盤石，杜強，李尚明，王鵬飛，曹明世.雙龍煤礦軟巖大巷修復(fù)技術(shù)數(shù)值模擬[J].煤礦安全，2013（08）.

[4]于紹輝.U型鋼支架與錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護在維修巷道中的應(yīng)用[J].江西煤炭科技，2012（04）.

[5]王術(shù)龍，馬進功.二次擾動下煤層群上行開采可行性分析[J].山西煤炭，2011（12）.

作者簡介：楊桂松（1984.10-），男，漢族，河南焦作人，專科，助理工程師，畢業(yè)于河南工程技術(shù)學校。