大斷面切眼巷道掘錨一體機施工應用技術

李杰

（山西省晉神沙坪煤業有限公司，山西 忻州 036500）

0 引 言

目前，我國對于煤礦井下所使用的掘錨一體機研究方向及內容大多在快速掘進、支護技術研究和后配套選型上，對掘錨一體機施工大斷面巷道及二次成巷掘進工藝研究極少，造成掘錨一體機只能掘進常規巷道的誤區，磁窯溝煤業近幾年來一直對掘錨一體機施工大斷面巷道掘進工序進行摸索、研究，嘗試多樣化掘進施工大斷面巷道掘進工藝及二次成巷掘進工序，通過不斷的在井下實踐應用，優勢顯著。磁窯溝煤業10109切眼采用掘錨一體機施工大斷面切眼二次成巷掘進工序，使用切槽、采垛二次工序來完成巷道的掘進，此項工藝不僅減少職工人員投入數量及勞動強度，加強頂板支護，巷道頂板受采動影響較小，有效控制了底板，消除了諸多不安全因素，對掘錨一體機施工大斷面巷道掘進工序有了新的嘗試。

1 概 況

1.1 地面相對位置及地質情況

10109切眼掘進工作面，東面為10110工作面（未布置），南面為原煤子塔煤礦開采區域，西面為10103工作面（已于2014年7月完成回采）。對應地表為山西西北部黃土高原中—低山區地形，地表為黃土和紅土覆蓋。10109切眼地面最低點位于10109切眼與膠運順槽交叉處，地表高程為+1 050 m，推測該處對應煤層底板高程為+962 m，采深為88 m。根據《礦井生產地質報告》，10109工作面受S4向斜影響。S4向斜位于煤礦南部，軸線位于ZK19、補6號孔附近，軸向從北向南有所彎曲，從補6孔到ZK19孔的變化趨勢為NW—N—NNE，總體向NW傾伏。根據煤層底板等高線，10109工作面總體北高南低，掘進工作面坡度較為平緩，平均坡度為1.5°。根據井田范圍內10-2號煤層開采情況，各區域均受到了褶皺，但影響不大。生產中需加強現場揭露情況的觀測，如揭露隱伏地質構造，需及時調整工作面，盡量減少割入的泥巖影響煤質。

1.2 巷道布置

10109切眼掘進工作面全長為200 m，全寬為7.8 m，全高為3.7 m，巷道斷面為28.86 m2，巷道凈斷面為27.65 m2（巷道凈寬7.64 m，凈高3.62 m）；切眼正對調車硐室全長為6 m、全寬為5.5 m、全高為3.7 m，開設1個；切眼內調車硐室全長為6 m、全寬為5.5 m、全高為3.7 m，開設2個；煤機機窩全長為40 m，全寬為1.5 m、全高為3.7 m；切眼機頭、機尾各開架窩1個，全長5 m、全寬1 m、全高3.7 m，巷道開口抹角尺寸均為10 m×8 m。10109巷道平面如圖1所示。

圖1 1 01 09巷道平面Fig.1 Roadway layout of No.10109 Face

2 支護設計與工藝質量

2.1 支護設計

10109切眼支護示意如圖2所示。

圖2 1 01 09切眼支護示意Fig.2 Supporting diagram of No.10109 Cut

（1）工作面遇到地質構造時，由跟班副隊長進行現場指揮，停止掘進作業，匯報相關部門，并根據現場制定的安全技術措施，及時改變支護工藝，確保安全施工。10109切眼掘進期間頂板均采用聯合支護[1]。

（2）切眼頂支護。頂錨桿選用φ18 mm×2 000 mm圓鋼錨桿，間排距為800 mm×1 000 mm，錨索規格均為φ17.8 mm×8 000 mm，間排距為1 500 mm×2 000 mm，W鋼帶型號為0.23 m×3.6 m，鋼帶搭接布置，所用樹脂規格均為CK2360，頂網采用5.6 m與2.3 m鐵絲網支護；隨巷道掘進在皮帶外側施工一排單體支柱（排距為3.5 m），后期皮帶撤出后在切眼中心線處施工單體液壓支柱，排距為3.5 m，單體施工必須緊跟膠帶機機尾處。

（3）切眼幫支護。正幫使用φ22 mm×2 000 mm玻璃鋼錨桿，幫網采用2.5 m×5 m塑料網支護，錨桿矩形對稱布置，間排距為2 000 mm×2 400 mm；負幫選用φ16 mm×1 800 mm的圓鋼錨桿，網片規格為2 500 mm×5 000 mm金屬網支護，錨桿矩形對稱布置，間排距為1 000 mm×1 600 mm；樹脂型號均為CK2360，在掘進過程中，幫部破碎時根據現場實際情況縮小錨桿間排距，必須保證兩幫支護到位方可進行掘進[2-3]。

（4）掘進工作面永久支護后最大未支護距離的確定。掘進工作面循環進尺為1m，因掘錨一體機最小未支護距離為2.4 m，故距工作面迎頭最大未支護距離為3.4 m。錨索每2 m支護1排，故永久支護后錨索距工作面迎頭最大未支護距離為5.4 m，幫錨桿距工作面最大未支護距離為15 m（掘錨一體機長度+最小控頂距）。

2.2 支護工藝及檢查驗收要求

（1）頂部支護。由ABM20型掘錨一體機上4個頂錨鉆箱完成巷道頂板支護，由風動錨頭完成巷道幫支護，支護錨桿時要嚴格按照相關制度及各規程措施進行施工。切眼施工頂錨桿每排10根，間距300-800-800-800-800-800-800-800-800-800-300 mm，每排距離為1 000 mm，切槽時每一排支護7根錨桿，采垛完成后再支護補齊剩余錨桿。錨索支護采用掘錨一體機進行支護，錨索+W鋼帶進行補強支護，切眼每排支護錨索5套，W鋼帶每排使用2條。

（2）幫部支護。錨索及頂錨桿作業完成后，由風動錨頭完成巷道正幫、負幫的支護，如果巷道兩幫有片幫時，幫錨桿緊跟工作面支護，不小于正常支護強度，支護頂、幫錨桿時要嚴格按照規章制度及其規程措施進行施工。負幫施工幫錨桿每排3根，間距200-1 000-1 000-1 000 mm，間排距為1 000 mm×1 600 mm，正幫施工幫錨桿每排2根，間距200-2 000-2 000 mm，間排距2 000 mm×2 400 mm，每列支護2根。

（3）使用檢測工具對巷道支護進行拉拔、扭矩檢測。由跟班隊干對當班所施工的錨桿扭矩進行驗收，對失效錨桿及時進行補打，對當班檢測扭矩不達標的錨桿必須進行二次緊固，檢測后按要求填寫相關記錄。定期對巷道錨桿、錨索進行拉拔試驗，發現不達標的要及時補打，并按照要求填寫相關記錄[4]。巷道質量允許偏差規定見表1。

表1 巷道質量允許偏差規定Table 1 Specification for allowable deviation of roadway quality

3 掘進方式及工藝

（1）由掘錨一體機上4個頂錨鉆箱完成巷道頂板支護，掘錨一體機掘進一個循環時，對最前方空頂進行錨桿及錨索支護，邊掘進邊支護錨桿、錨索，風動鉆機施工幫部錨桿支護，煤炭通過掘錨一體機輸送機運至橋式轉載機，最后使用皮帶機運出。輔助運輸工作由無軌膠輪車來完成。

（2）掘錨一體機掘進切眼采用切槽、采垛2個步驟完成，激光偏中線左幫3.9 m，右幫3.9 m，采垛滯后于迎頭3 m以上，在巷道前方的煤壁進行切割。膠運順槽時一次成形，掘錨一體機司機在激光指向儀的導向下，激光偏中線左幫3.9 m，右幫1.5 m進行掘進；按照設計要求掘進。掘進至施工硐室位置時，由生產科及地測科現場確認后，再進行施工，開口時必須保證巷道無斷層及構造時再進行開口[5-6]。

（3）掘進與支護交叉作業。當掘進1 m后，進行頂部支護，后進行開機再次掘進，嚴禁超循環作業，必須做到短掘短支。檢修與支護可以平行作業。早班掘錨一體機退出工作面要支護的范圍，截割頭落地切斷電源后，工作面支護，后方檢修，互不影響。

（4）每班下班前，清理工作面浮煤及其他文明衛生工作，做好交接班的準備工作。

（5）當掘進巷道向前推進，橋式轉載機無法接煤時，延伸膠帶機，每班延伸膠帶機必須一次性延伸到位，保證當班正常使用。

4 防范措施

（1）所有在崗人員持證上崗，工作時要集中精力，認真操作，確保操作質量。

（2）施工前及時聯系地測科放置施工線，每班交接班后校正激光，準確后方可進行掘進。

（3）每班要嚴格執行敲幫問頂制度，認真填寫敲幫問頂記錄。

（4）沿設計坡度掘進，保證巷道頂底板平整，無臺階，準確掌握巷道高度，嚴禁超高或偏低。

（5）掘錨一體機司機掘進時要隨時注意觀察頂板和幫部情況，如發現異常，立即停機，并將掘錨一體機退至支護完好的巷道內，消除隱患后方可掘進[7-8]。

（6）嚴禁帶載啟動掘錨一體機，應在掘錨一體機達到滿速后，方可進行掘進。

（7）橋式轉載機司機作為工作面安全員，嚴格控制人員進入工作面。應停電上鎖后，方允許人員進入檢查指導工作。

5 結 論

以往磁窯溝煤業使用連續采煤機與掘錨一體機單一施工大斷面巷道掘進工藝，材料配件投入費用高，人員投入多，空頂量大，受采動影響大，不利于管理頂板等諸多因素，尤其連續采煤機運行時副司機拉電纜安全隱患極大。現使用掘進一體機配套橋式轉載機施工大斷面多樣化掘進工序優勢顯著。

（1）掘錨一體機施工大斷面巷道掘進工序多樣化，可根據地形、煤層及頂底板情況選擇掘進工序，避免了單一掘進工序的約束性。

（2）掘錨一體機施工大斷面巷道支護多樣化，可根據頂底板情況選擇支護方案，有效控制頂板。

（3）掘錨一體機施工大斷面巷道采用切槽、采垛2個掘進工序，可以以垛為柱，加強頂板的完整性及強度，減少掘進時頂板受采動的影響。

（4）可減少設備維護及配件投入費用,并且橋式轉載機易維護，故障率低，避免了因一號連運車故障影響生產。

掘錨一體機施工大斷面切眼掘進工序，可以有效的化解其他掘進工藝所帶來的諸多不利因素，改變原有的掘進工序，掘錨一體機施工大斷面巷道掘進工序在條件允許的煤礦中，將具有廣闊的推廣價值[9-10]。