急傾斜煤層開切眼一次成巷技術的實踐

張利兵

（山西煤炭進出口集團左云草垛溝煤業有限公司，山西 大同 037100）

1 工程概況

山西煤炭進出口集團左云草垛溝煤業有限公司主采5#、8#、11#、14#煤層。8103 工作面切眼布置在8 號煤層中，設計長度為64.8 m，寬度為7.7 m，高度為3.8 m。切眼采煤機安裝硐室長度為16 m，寬度為9.2 m。8 號煤層厚度為2.53～8.34 m，平均厚度為4.87 m，煤層傾角為55°～59°，平均傾角為57°，含0～2 層夾矸，個別可達3～4 層夾矸，夾矸厚度為0.08～1.8 m。基本頂為厚度6.34 m 的粗粒砂巖，直接頂為厚度2.24 m 的中粗粒砂巖，底板為厚度2.17 m 的中、粗粒砂巖，局部為砂質泥巖，底板為砂質泥巖。

2 開切眼掘進方案的設計

當前，對于急傾斜煤層采煤工作面開切眼掘進施工是綜采工作面面臨的一大難題。草垛溝煤業在綜采工作面急傾斜煤層大斷面開切眼施工上進行了技術攻關研究，設計了開切眼從上向下采用鉆爆法掘進的工藝方案[1-6]，主要采用全液壓鉆機從下往上施工眼孔，再從下往上擴孔形成下煤通道。從應用實踐來看，該方案可以有效解決工作面片幫、飛矸等安全問題，應用效果較好。從整體上來看，該方案仍然是屬于鉆爆法掘進，依然存在施工期間需要頻繁撤人、煤層頂底板容易破壞、下煤通道易堵塞、施工效率不高等問題。

為有效提高8103 開切眼的掘進施工效率，保障掘進施工安全，經技術考察，提出了開切眼機械化掘進一次成巷技術方案。采用MWD2/0.12L 型煤礦用液壓挖掘機進行破煤、裝煤，從上往下進行臺階式掘進作業，通過下煤通道將煤炭轉運至機巷帶式輸送機，再運至煤倉。全斷面掘進后再對頂、幫及底板進行支護。

3 開切眼掘進一次成巷技術的實踐

3.1 使用液壓挖掘機約束條件分析

MWD2/0.12L型煤礦用液壓挖掘機結構如圖1，主要包括工作裝置總成、頂棚、液壓系統、回轉平臺、推土鏟、電氣系統、機罩、底盤總成等部件。

圖1 MWD2/0.12L 型煤礦用液壓挖掘機結構示意圖

采用該挖掘機對其在急傾斜煤層開切眼內使用的約束條件進行了模擬分析，如圖2。確定開切眼機械化掘進約束條件為：煤層傾角為55°～90°，煤層厚度大于2.5 m。

圖2 挖掘機約束空間使用模式圖

3.2 開切眼掘進機械破煤矸石臺階施工工藝

（1）采用挖掘機液壓錘對開切眼靠近煤壁側煤矸石進行破碎作業，破巖深度設置為700 mm，破碎作業時加強灑水降塵。

（2）操作挖掘機回轉平臺，調轉液壓錘對靠近采空區側煤矸石進行破碎松動作業。

（3）將挖掘機的液壓錘更換為推土鏟，采用臺階式轉載開切眼內煤矸石進入下煤通道，當掘進距離達到3 m 時對切眼巷道頂、幫、底板進行錨網支護。

（4）在進風巷安設SGW-40T 橋式轉載機和帶式輸送機，下煤通道內護壁套筒末端搭接于橋式轉載機機尾。

（5）按以上工藝進行循環作業，直至切眼掘進至距下口4 m 處停止施工，如圖3。

圖3 8103 開切眼機械化掘進施工工藝示意圖

3.3 急傾斜煤層開切眼一次成巷技術

3.3.1 急傾斜煤層開切眼

8103 開切眼為矩形斷面，設計掘進寬度7700 mm，掘進高度3600 mm，掘進斷面積27.72 m2。對8103 開切眼掘進后采用巷道頂板、兩幫及底板的四方主動支護。

開切眼完好時，頂板支護方案為：“錨桿+錨索+金屬菱形網+鐵托盤”聯合支護。錨桿規格為Ф18 mm×L2000 mm 的左旋等強螺紋鋼錨桿，錨桿間排距1000 mm×1000 mm，每根錨桿眼孔內使用1 卷CK2370 型樹脂藥卷和1 卷Z2370 型樹脂藥卷；錨索規格為Ф15.24 mm×L5000 mm 的預應力鋼絞線，錨索為三排五花布置，錨索間排距3000 mm×2000 mm，每根錨索眼孔內使用1 卷CK2370型樹脂藥卷和2 卷Z2370 型樹脂藥卷，錨索托盤為240 mm×240 mm×14 mm 的鋼板加工而成；金屬菱形網使用10#以上鐵絲編織，網格尺寸50 mm×50 mm，鐵托盤為150 mm×150 mm×10 mm碟形托盤。

開切眼頂板離層或遇斷層時，支護方案為：在“錨桿+錨索+金屬菱形網+鐵托盤”聯合支護方案基礎上，使用Ф12 mm 鋼筋梯聯合支護，在斷層上、下盤各增加1 組Ф15.24 mm×L5000 mm 的預應力鋼絞線錨索補強支護。

開切眼兩幫支護方案為：“錨桿+金屬菱形網”聯合支護。錨桿為Ф16 mm×L1800 mm，錨桿間排距1500 mm×1000 mm；金屬菱形網使用10#以上鐵絲編織，網格尺寸50 mm×50 mm。

開切眼底板支護方案為：“錨桿+金屬菱形網”聯合支護。錨桿為Ф16 mm×L1800 mm，錨桿間排距1500 mm×1500 mm；金屬菱形網使用10#以上鐵絲編織，網格尺寸50 mm×50 mm。

3.3.2 急傾斜煤層開切眼采煤機滾筒安裝硐室段

8103 切眼設計一個16 m 的采煤機滾筒安裝硐室，掘進寬度為9.2 m，掘進斷面積為33.12 m2。對采煤機滾筒安裝硐室段采用巷道頂板、兩幫及底板的四方主動支護，支護方式與開切眼支護基本一致。基于采煤機滾筒安裝硐室段跨度較大，對該段頂板進行加強支護，調整方案為：錨索為Ф15.24 mm×L7000 mm 的預應力鋼絞線；槽鋼梁（12 號槽鋼，L=4000 mm）沿走向配錨索支護，錯排布置，傾向間距2000 mm。

4 實施效果

（1）采用MWD2/0.12L 型煤礦用液壓挖掘機+巷道頂板、兩幫及底板的四方主動支護，有效提高了急傾斜煤層開切眼掘進速度。施工長度64.8 m的8103 切眼，其平均單進水平為2.45 m/d，對比以往鉆爆法的平均單進水平1.65 m/d，該技術方案可提高單進水平約48.48%。

（2）急傾斜煤層開切眼機械化掘進一次成巷技術應用后，工作人員從9 名減少為7 名，人工成本大幅度節省；同時機械化掘進效率的提高，使得回采條件提前形成，有效緩解采煤接替緊張局面。

（3）急傾斜煤層開切眼機械化掘進一次成巷技術在8103 開切眼中的成功應用，為解決急傾斜煤層開切眼安全快速掘進的問題提供了新技術和新方法，具有較好的經濟價值。