東曲礦28214工作面快速掘進技術應用分析

皮武杰

（西山煤電（集團）有限責任公司 東曲煤礦，山西 太原030200）

0 引 言

東曲礦掘進28214工作面軌道順槽，主要用于工作面材料設備的運輸，并連接切眼和皮帶順槽形成生產和通風系統，同時也作為28214工作面的一個安全出口。軌道順槽設計長度1 152 m，巷道開口沿8號煤層跟頂跟底掘進。該巷道布置施工2個臨時避難硐室，工程量4.5 m/個，工程量共計1 161 m。28214軌道順槽服務年限預計為2年4個月，建設周期4個月。東曲礦28214掘進工作面地表情況，工作面地面位置位于羊圈港村莊北東，地表無河流穿過；蓋山厚度276～450 m，平均厚度為363 m。井下北西為28212工作面，南西為+860大巷保護煤柱，北東為28216回風措施巷，南東為正在施工的28216工作面。28214工作面布置如圖1所示。

圖1 28214工作面布置Fig.1 28214 working face layout

1 28214工作面地質概況

東曲礦28214工作面8號煤層厚為3.9 m～5.4 m，平均厚約為4.6 m，8號上煤厚度為0.62 m，夾矸平均厚約0.15 m，8號煤厚約3.2 m，8號煤層有分叉現象，局部有一層至兩層夾矸厚0～2.3 m，煤層結構中等，屬較穩定型煤層。8號與9號煤層間距約為5.92～8.33 m，8號煤層為煤塵爆炸指數為14.66%的Ⅲ類不易自燃煤層，東曲煤礦瓦斯涌出量預測及其臨近的28214皮帶順槽掘進期間絕對瓦斯涌出量為2.3 m3/min。頂、底板情況：28214軌道順槽偽頂為1.65 m的泥質灰巖，直接頂的石灰巖2.93 m，普氏硬度為4～5；老頂為11.43 m的粉粒砂巖，普氏硬度約為6～8；直接底為3.06 m的砂質泥巖，普氏硬度約為4～5。28214軌道順槽綜合柱狀圖如圖2所示。巷道圍巖穩定性差導致支護量大、巷道后期維護難等問題[1][2]。

圖2 28214軌道順槽綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive histogram of 28214 track roadway

2 不同巷道支護設計

不同巷道支護設計要符合復雜地質條件特征，充分考慮瓦斯含量、應力、斷層等因素對支護的不利影響，在采掘工作流轉接替中，采取合理的瓦斯防治手段和支護設計[3-4]。28214軌道順槽所掘煤層為+860水平二采區8號煤層，工作面標高為881—934 m，沿8號煤跟頂跟底掘進，坡度2°～8°，平均4°。28214軌道順槽采用全錨支護形式，矩形斷面，巷道寬度5.5 m、高度4.0 m，掘進斷面22 m2。永久支護采用全錨支護形式。頂板支護由左旋螺紋鋼錨桿、錨索和萬向托盤構成，頂板破碎時加掛鋼筋網加強支護。兩幫支護由左旋螺紋鋼錨桿、鋼筋網和萬向托盤組成。28214軌道順槽掘進期間，采用滑移式臨時支護裝置進行臨時支護。根據松散介質力學方法計算，現用全錨支護每米支護強度如下。

實際頂板支護強度：

實際兩幫支護強度：

式中：qdx為實際頂板支護強度，T/m；Fm為頂錨桿總支護強度，T/m；n1為每米巷道頂錨桿數量，取5；n2為每米巷道錨索數量，取1；qcx為實際幫部支護強度，T/m；n3為每排巷道幫錨桿數量，取6；fm為頂錨桿錨固力，現場實測10.5 T；fs為錨索錨固力，現場實測20 T；ft為幫錨桿的錨固力，現場實測10.5 T。

由以上計算可得出，28214軌道順槽采用全錨支護形式，頂板及幫部實際支護強度均大于頂壓及側壓的理論值，考慮到巷道壓力的復雜性及巷道支護的保險系數，巷道支護安全可靠。如遇特殊條件時，采取增加錨桿（索）、縮小排距、鋪設菱形金屬網等措施加強對巷道頂、幫支護以確保施工安全，錨桿支護展開如圖3所示。

圖3 錨桿支護展開Fig.3 Unfold of bolt support

3 不同巷道支護工藝的選用

永久支護巷道施工時，因左幫吊掛風筒影響，左側角錨桿和左幫上部幫錨桿需緊跟迎頭提前施工，采用氣動式錨桿鉆機人工打設，剩余錨桿、錨索由錨桿鉆車緊跟掘進機施工，所有錨桿、錨索的打設必須在滑移支架內進行。當工作面頂板破碎，需加掛鋼筋網時，提前在巷道頂板左側、中間、右側分別打設3根頂錨桿緊跟迎頭以保證網片的正常鋪設，剩余錨桿、錨索由錨桿鉆車緊跟掘進機施工，所有錨桿、錨索的打設必須在滑移支架內進行。當工作面遭遇地質構造，頂板破碎，壓力大，容易離層時，采用短掘短支，一個循環完成一次永久支護，所有錨桿、錨索采用氣動式錨桿鉆機人工打設，必須緊跟迎頭。同時另外補充專項安全技術措施加強支護以保障安全生產。頂錨桿施工嚴格進行敲幫問頂工作，確認安全后，方可打眼；頂部錨桿在滑移支架內進行支護，采用錨桿鉆車或氣動式錨桿鉆機打設眼位。幫錨桿巷道幫部支護施工，在滑移支架內進行支護。打幫錨桿眼前，首先將兩幫活矸危巖處理干凈，嚴防片幫傷人，然后由一人持風鉆按設計眼位、方向進行打眼，打眼時要密切注意煤幫狀況，發現異常時要立即停止打眼，及時進行處理。打眼時要保證供水充足，禁止干打眼。

4 快速掘進方法的實施

掘進機截割工藝如圖4所示，截割時由左至右，自下而上進行截割（過構造時自上而下），首先由工作面底部（左方）切割掏窩槽開始截割。開掘窩槽時，切割頭高速旋轉，在走行部和升降油缸共同作用下作業，沒次掏槽深度保證600 mm內。開槽作業后，啟動刮板輸送機，切割頭在驅動裝置帶動下在巷道斷面內水平擺動，完成橫槽作業。切割頭移動到位后，使其升高一個距離，每次跨距保證600 mm內，接著驅使切割頭水平擺動，重復以上動作，直至完成整個斷面的切割工作。將掘進機退出工作面3～5 m，切割頭落地，停機閉鎖，切斷電源，并加蓋切割頭護罩。

圖4 掘進工藝流程Fig.4 Mining process flow

煤轉運方式。工作面煤體由掘進機完成截割和裝載，經過錨桿鉆車、二運轉載至膠帶輸送機后由膠帶輸送機接力運輸至地面卸載站。具體運輸路線為工作面—28214軌道順槽—28214軌道順槽聯絡巷—+860東翼膠帶巷—煤倉—+860皮帶明斜井—地面卸載站。工作面所處地質環境設計校核支護強度，并制定頂錨桿、幫錨桿和錨索的施工工藝，采用合理的快速掘進工藝流程，有效保證工作面快速掘進。

5 結 語

通過對東曲礦28214工作面地質結構進行實地探測分析，準確獲得巷道頂、底板巖層信息，根據