連續(xù)采煤機(jī)雙巷快速掘進(jìn)技術(shù)管理創(chuàng)新研究

文/冉星仕 任崇鵬

華電隆德煤礦自2012年6月成立連采隊，開始探索連采機(jī)雙巷掘進(jìn)工藝。但在實際應(yīng)用中，一直存在著掘進(jìn)最大控頂距確定不合理、施工方案不合理、掘進(jìn)工藝不完善，以及通風(fēng)、供電、排水、運(yùn)輸?shù)葞状笙到y(tǒng)沒有統(tǒng)籌考慮等技術(shù)管理問題，安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化管理水平差，影響了掘進(jìn)速度。為此，隆德煤礦對連采雙巷掘進(jìn)技術(shù)管理進(jìn)行綜合研究和全面創(chuàng)新，確定了合理的循環(huán)進(jìn)尺、順槽聯(lián)巷間距，優(yōu)化了施工方案及支護(hù)參數(shù)，使連采掘進(jìn)工藝日臻完善，顯著地提高了連采雙巷掘進(jìn)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化管理水平，提高了連采雙巷單進(jìn)水平及掘進(jìn)效率，同時降低了工人的勞動強(qiáng)度和掘進(jìn)成本，形成了一套完整的連采雙巷掘進(jìn)技術(shù)管理創(chuàng)新體系。

一、概況

1.掘進(jìn)工作面概況

209連掘工作面布置在2-2煤大巷西翼，沿煤層分別布置輔運(yùn)順槽、膠帶順槽和回風(fēng)順槽三個順槽。其中輔運(yùn)順槽和膠帶順槽并行布置，兩順槽之間留設(shè)16.5m煤柱護(hù)巷。

209工作面順槽巷道斷面均為矩形，膠帶順槽巷道規(guī)格為：寬5.6m，高3.6m，輔運(yùn)、回風(fēng)順槽巷道規(guī)格為：寬5.4m，高3.6m。巷道均采用錨網(wǎng)索支護(hù)，頂板均選用Φ18×2.1m的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿及φ6.5m鋼筋網(wǎng)支護(hù)，錨桿間排距為1m×1m；頂板采用錨索加強(qiáng)支護(hù)，錨索規(guī)格為Φ17.8×6500mm七芯鋼絞線，錨索間排距為2.0 m×3.0 m；副幫采用φ16×1600mm圓鋼錨桿配合φ4m冷拔絲網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，錨桿間排距為1.1m×1.0m，正幫采用φ22×1800mm玻璃鋼錨桿支護(hù)，錨桿間排距為1.1m×1.0m。

2.209工作面煤層頂?shù)装迩闆r

209工作面煤層結(jié)構(gòu)簡單，傾角小于1°，煤層厚度為3.68～4.80m，平均為4.20m，屬穩(wěn)定煤層，局部區(qū)域頂部含1層夾矸。工作面煤層頂?shù)装迩闆r如表1所示。

表1 209工作面煤層頂?shù)装搴穸燃皫r性特征

3.209掘進(jìn)工作面設(shè)備配備情況

209掘進(jìn)工作面配備連續(xù)采煤機(jī)、梭式運(yùn)煤車、四臂錨桿機(jī)、轉(zhuǎn)載破碎機(jī)、順槽膠帶輸送機(jī)，完成掘進(jìn)工作面煤炭的落、裝、運(yùn)、支等工序，實現(xiàn)巷道的快速、高效掘進(jìn)。工作面設(shè)備配備如表2所示。

表2 209工作面主要設(shè)備配套表

二、管理創(chuàng)新及優(yōu)化

隆德煤礦根據(jù)井下2-2煤層賦存條件好，煤的單軸抗壓強(qiáng)度為25～29MPa，巷道頂板中硬至堅硬，飽和抗壓強(qiáng)度為24～43MPa的實際情況，在應(yīng)用連續(xù)采煤機(jī)雙巷掘進(jìn)過程中，大膽進(jìn)行技術(shù)管理創(chuàng)新，從工作面設(shè)計、施工方案及支護(hù)參數(shù)優(yōu)化，并統(tǒng)籌考慮通風(fēng)、供電、排水、運(yùn)輸?shù)葞状笙到y(tǒng)融合及配套等技術(shù)管理問題，對連采雙巷掘進(jìn)技術(shù)管理進(jìn)行創(chuàng)新綜合研究，以提高掘進(jìn)效率，實現(xiàn)快速掘進(jìn)。具體有以下幾個方面。

1.合理確定循環(huán)進(jìn)尺，提高掘進(jìn)效率，保證施工安全

根據(jù)頂煤中硬，自身具有一定的強(qiáng)度，結(jié)合現(xiàn)場掘進(jìn)經(jīng)驗，采用留設(shè)頂煤的方法控制頂板。當(dāng)頂煤厚度大于400mm且頂板完整無裂隙時，循環(huán)進(jìn)尺為11m，最大控頂距為13m；當(dāng)頂煤厚度小于400mm且頂板完整無裂隙時，循環(huán)進(jìn)尺為8m，最大控頂距為10m；當(dāng)掘進(jìn)遇地質(zhì)構(gòu)造時，進(jìn)一步縮短循環(huán)進(jìn)尺；當(dāng)頂板破碎時，短掘短支，頂板極易冒落時，掘進(jìn)1m支護(hù)1m。

2.優(yōu)化支護(hù)參數(shù)，減少支護(hù)影響時間，提高掘進(jìn)效率

根據(jù)井下巷道實際情況，結(jié)合工作面回采后巷道變化情況，優(yōu)化工作面支護(hù)設(shè)計，將原來的錨桿+鋼帶+錨索支護(hù)方式，視實際情況進(jìn)行更改。當(dāng)頂煤厚度≥400mm時采用錨網(wǎng)支護(hù)；當(dāng)頂煤厚度＜400mm且頂板完整無裂隙時，采用單排錨索加強(qiáng)支護(hù)，錨索排距為3000mm；當(dāng)頂煤厚度＜400mm且頂板不完整有裂隙或無頂煤時采用雙排錨索加強(qiáng)支護(hù)，錨索間排距為2m×3m；當(dāng)頂板破碎較為嚴(yán)重時，采用“W鋼帶+錨索”加強(qiáng)支護(hù)，每排3根。同時，優(yōu)化了聯(lián)巷口錨索支護(hù)參數(shù)，由原來的每個聯(lián)巷口支護(hù)9～11套錨索變更為“3+1”“3+2”方式，根據(jù)聯(lián)巷抹角大小，選擇支護(hù)方式，減少錨索的數(shù)量，提高了掘進(jìn)效率。

在1-1煤與2-2煤重疊開采的區(qū)域，回風(fēng)順槽要受三次采動影響，幫部壓力較大，幫鼓變形明顯。把每個聯(lián)巷口向兩邊延伸5m，采用Φ6.5m的鋼筋網(wǎng)和Φ18×2100mm的螺紋錨桿加強(qiáng)支護(hù)，保證了聯(lián)巷的安全使用。

3.增大順槽聯(lián)巷間距，提高掘進(jìn)效率

隆德煤礦連采雙巷掘進(jìn)順槽時每隔50m施工一個聯(lián)巷，每年預(yù)計掘進(jìn)巷道約17000m，需施工聯(lián)巷170個。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，把聯(lián)巷間隔更改為70m，變更后實際施工聯(lián)巷121個，每年減少施工聯(lián)巷49個，提高了掘進(jìn)效率。

4.創(chuàng)新設(shè)計，順槽機(jī)頭硐室一次掘進(jìn)成巷

隆德煤礦機(jī)頭硐室原來的常規(guī)施工方法為在順槽開口掘進(jìn)時沿煤層頂板按照順槽斷面掘進(jìn)，待順槽掘進(jìn)完成施工順槽機(jī)頭硐室時，再根據(jù)機(jī)電部提供的順槽皮帶機(jī)制圖重新設(shè)計，然后炮掘挑頂、擴(kuò)幫和起底。創(chuàng)新改進(jìn)后工作面設(shè)計時機(jī)頭硐室與順槽同時設(shè)計、同時施工，順槽機(jī)頭硐室在施工過程中嚴(yán)格按照設(shè)計坡度掘進(jìn)。跨輔運(yùn)大巷時，把輔運(yùn)大巷墊高與機(jī)頭硐室底板高度一致，機(jī)頭硐室大斷面及驅(qū)動硐室及跨巷段、卸載聯(lián)巷頂部采用連采機(jī)一次掘進(jìn)成巷，再退機(jī)掘進(jìn)卸載聯(lián)巷下部，卸載聯(lián)巷底板掘成50o的斜坡，便于卸載架的安裝。較改進(jìn)前的常規(guī)施工方法減少了二次挑頂、擴(kuò)幫等炮掘工程，巷道成型好，支護(hù)質(zhì)量高，施工速度快，降低了支護(hù)成本。

5.優(yōu)化區(qū)段煤柱尺寸，提高掘進(jìn)效率及回采煤量

隆德煤礦綜采區(qū)段間一般留設(shè)20m的保護(hù)煤柱，為優(yōu)化區(qū)段煤柱尺寸，提高掘進(jìn)效率，通過和院校合作，采用理論計算、數(shù)值模擬與現(xiàn)場實測相結(jié)合的方法，系統(tǒng)研究了厚煤層采動應(yīng)力分布與圍巖變形特征、區(qū)段煤柱合理尺寸確定，實測了回采巷道圍巖變形規(guī)律。通過研究確定了煤柱合理尺寸，將209輔膠順槽煤柱尺寸由20m優(yōu)化為16.5m，從現(xiàn)場觀測來看，回采時只有巷道副幫肩窩和聯(lián)巷抹角處局部有片幫現(xiàn)象，煤柱較穩(wěn)定，說明留設(shè)16.5m煤柱的合理性，并在213、215、217工作面推廣應(yīng)用，減少了聯(lián)巷的掘進(jìn)量，提高了掘進(jìn)效率，一個工作面多回采原煤6.5萬噸。

6.加強(qiáng)掘進(jìn)工藝管理，留設(shè)底煤施工

隆德煤礦數(shù)字化調(diào)度室

隆德煤礦2-2煤層底板巖層大多為泥巖或者泥質(zhì)砂巖，該巖層抗壓強(qiáng)度較低，易破碎，遇水易泥化。在掘進(jìn)過程中，由于連采機(jī)、錨桿機(jī)在雙巷頻繁調(diào)機(jī)，加上梭車來回碾壓，掘進(jìn)巷道頂板局部有淋水，巷道底板遇水淤化后形成大量的淤泥，造成運(yùn)煤梭車無法正常行走，嚴(yán)重影響掘進(jìn)效率。為保證正常掘進(jìn)，需要在兩巷底板鋪墊大量片石及碎石勉強(qiáng)維持生產(chǎn)。為解決巷道底板泥化問題，決定改變掘進(jìn)工藝，采用先留設(shè)300～400mm的底煤進(jìn)行第一次掘進(jìn)施工，在完成新聯(lián)巷的貫通后，在延伸順槽膠帶輸送機(jī)前，再進(jìn)行二次掘進(jìn)拉底，達(dá)到設(shè)計高度。留底煤施工后，巷道底板較堅硬、完整，底板無淤泥、積水，連采機(jī)和梭車可正常運(yùn)行，提高了掘進(jìn)效率，減少了清淤量和墊底量。

7.統(tǒng)籌創(chuàng)新設(shè)計聯(lián)巷功能，減少密閉的二次拆除和砌筑

連采機(jī)雙巷掘進(jìn)，為滿足長距離通風(fēng)的要求，膠運(yùn)順槽進(jìn)風(fēng)，輔運(yùn)順槽回風(fēng)，需要對聯(lián)巷進(jìn)行封閉。根據(jù)整個掘進(jìn)過程中聯(lián)巷的用途及功能不盡相同，把聯(lián)巷分為行車聯(lián)巷、安裝風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)聯(lián)巷、臨時封閉聯(lián)巷、永久封閉聯(lián)巷、自救器中轉(zhuǎn)（或者臨時避難硐室）聯(lián)巷。把行車聯(lián)巷、風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)聯(lián)巷、自救器中轉(zhuǎn)聯(lián)巷，前期視作臨時聯(lián)巷，每連續(xù)2個永久封閉聯(lián)巷布置1個臨時封閉聯(lián)巷。永久封閉聯(lián)巷，密閉墻按永久密閉技術(shù)質(zhì)量要求一次施工到位，工作面回采后不再二次砌筑。其他臨時封閉聯(lián)巷的密閉墻，按臨時密閉的技術(shù)要求砌筑，工作面貫通后及時拆除，方便工作面的安裝和回采，工作面回采到位后，再進(jìn)行二次永久封閉。這樣統(tǒng)籌創(chuàng)新設(shè)計和管理后，一個工作面能減少34道臨時密閉的二次拆除和砌筑，節(jié)約材料及人工成本90萬元。

8.統(tǒng)籌創(chuàng)新設(shè)計移變硐室、清污分流的中轉(zhuǎn)水倉，節(jié)約成本

連采機(jī)雙巷掘進(jìn)，為滿足長距離供電、排水的要求，在膠運(yùn)順槽和輔運(yùn)順槽之間的煤柱之中，每隔1200米掘進(jìn)2個移變硐室、2個中轉(zhuǎn)水倉，每處移變硐室和中轉(zhuǎn)水倉長度不超過6米。這樣創(chuàng)新設(shè)計后，由連采機(jī)一次掘進(jìn)到位，減少了后期的炮掘施工，不但節(jié)約了成本，還顯著提高了安全生產(chǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化水平。

三、實施效果

近年來，隆德煤礦通過對連采機(jī)快速掘進(jìn)技術(shù)管理全面創(chuàng)新，持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化，確定了合理的循環(huán)進(jìn)尺，優(yōu)化了順槽聯(lián)巷間距、施工方案及支護(hù)參數(shù)，使連采雙巷掘進(jìn)工藝得到完善，形成了一套完整的連采雙巷掘進(jìn)技術(shù)管理創(chuàng)新體系，提升了連采安全生產(chǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化水平，提高了掘進(jìn)效率，最高連采雙巷月單進(jìn)水平達(dá)1890m，保證了礦井正常生產(chǎn)接續(xù)，同時降低了工人的勞動強(qiáng)度，平均每年節(jié)約成本1600多萬元，為公司高質(zhì)量發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)。