王家?guī)X礦快掘成套裝備小半徑直角轉(zhuǎn)彎施工切眼實(shí)踐研究

秦奎元，姚杰龍

（中煤華晉集團(tuán)有限公司王家?guī)X煤礦，山西 運(yùn)城 043300）

王家?guī)X礦隸屬中煤華晉集團(tuán)有限公司，屬中央企業(yè)。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為750萬噸/年。井田位于山西省鄉(xiāng)寧縣和河津市境內(nèi)，面積約119.7km2，地質(zhì)儲(chǔ)量為15.479億噸，可采儲(chǔ)量為7.776億噸。主要可采煤層為2#、3#、10#煤層，現(xiàn)開采煤層主要為2#煤。煤種為中灰、低硫、特低磷的優(yōu)質(zhì)瘦煤、貧瘦煤，是極好的煉焦配煤。礦井服務(wù)年限為92.6年，其中2#煤層的服務(wù)年限為56.8年。礦井通風(fēng)方式為中央分列式，通風(fēng)系統(tǒng)為三進(jìn)一回，相對(duì)瓦斯涌出量為1.62m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為19.09m3/min，回采工作面最大絕對(duì)瓦斯涌出量為7.46m3/min，為高瓦斯礦井。煤層自燃等級(jí)為Ⅲ類，自燃傾向性為不易自燃，煤塵具有爆炸性。

2021年4月，中煤華晉集團(tuán)有限公司購置了由中國鐵建重工生產(chǎn)的EJM270/4-2型快速掘進(jìn)成套裝備，經(jīng)過半年的人機(jī)磨合，快掘裝備在我礦順槽掘進(jìn)方面取得了單日進(jìn)尺27排（24.3m），月進(jìn)尺500m的較好成績，但在順槽掘進(jìn)到位后，如何使用快掘裝備拐切眼掘進(jìn)，一直是困擾廠家設(shè)備推廣和現(xiàn)場(chǎng)使用的難題。由于快掘成套裝備由1#掘錨一體機(jī)、2#液壓錨桿鉆車和橋式轉(zhuǎn)載機(jī)三臺(tái)設(shè)備組成，設(shè)備總長60m，最大寬度5.0m，最低高度2.7m，拐彎半徑在15m左右，順槽拐切眼時(shí)會(huì)在交叉口形成大面積空頂，給安全生產(chǎn)帶來隱患。由于我礦頂板條件限制，大半徑直角拐彎在我礦不能采用，為此需實(shí)現(xiàn)快掘裝備小跨度直角拐彎施工切眼。

表1 快速掘錨成套裝備主要技術(shù)參數(shù)

1 工程概況

（1）工作面概況。12304切眼對(duì)應(yīng)地面標(biāo)高為+992.2～+982mm，底板標(biāo)高為+636～+645m，12304切眼井下位于123盤區(qū)東部，東臨新G209國道保護(hù)煤柱，西臨12304工作面待采區(qū)，南臨12302工作面，北臨設(shè)計(jì)的12306工作面。切眼沿2#煤層底板掘進(jìn)，2#煤層厚層狀，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含2～3層炭質(zhì)泥巖、粉砂巖夾矸，煤體結(jié)構(gòu)為原生結(jié)構(gòu)。煤層傾角1°～3°，平均2°,容重1.44t/m3，工作面設(shè)計(jì)長度300m。

（2）巷道斷面設(shè)計(jì)。切眼設(shè)計(jì)為矩形斷面，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方式，掘?qū)挕辆蚋?9×3.4m，掘斷面積30.6m2。沿煤層底板掘進(jìn)，留頂煤作業(yè)。采用二次成巷施工，此次施工斷面規(guī)格為：掘?qū)挕辆蚋?5.6×3.4m，掘斷面積19.04m2。

2 施工工藝及方法

掘錨一體機(jī)小半徑直角拐彎采用分機(jī)式逐步拐彎。

2.1 1#機(jī)拐彎進(jìn)切眼施工工藝

順槽施工到位后，退機(jī)12m至抹角位置，從抹角起點(diǎn)沿巷道底板進(jìn)行掏槽，長2.7m、深1m、高1.5m，使截割滾筒及鏟板部分進(jìn)入煤壁，最大限度調(diào)整掘錨機(jī)機(jī)身角度（18°），利用掘錨一體機(jī)自身滾筒斜切進(jìn)刀截割并支護(hù)，完成拐彎第一步施工。

圖1 1#機(jī)首次調(diào)機(jī)與截割示意圖

掘錨機(jī)退回抹角起點(diǎn)位置，截割滾筒緊貼刷擴(kuò)幫，在原地進(jìn)行調(diào)機(jī)，利用掘錨一體機(jī)自身滾筒斜切進(jìn)刀2m調(diào)一次機(jī)的方法（共6次），將掘錨機(jī)機(jī)身從18°調(diào)整到90°，完成拐彎第二步施工，完成1#機(jī)的直角拐彎。

圖2 1#機(jī)拐彎調(diào)機(jī)與截割方法

掘錨機(jī)拐彎期間充分利用掘錨機(jī)擺動(dòng)機(jī)尾（30°）的特性，產(chǎn)生的煤矸通過掘錨機(jī)自帶的刮板輸送機(jī)進(jìn)入錨桿臺(tái)車受料斗，經(jīng)橋式轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)入膠帶巷帶式輸送機(jī)。

2.2 2#機(jī)拐彎進(jìn)切眼施工工藝

1#機(jī)拐彎進(jìn)切眼后，沿切眼內(nèi)的激光偏中線向前掘進(jìn)，切眼掘進(jìn)19m后，1#、2#機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)無法搭接時(shí)，將錨桿臺(tái)車沿膠帶巷布置，其中錨桿臺(tái)車橋式轉(zhuǎn)載機(jī)與膠帶巷帶式輸送機(jī)機(jī)尾搭接，在錨桿臺(tái)車和掘錨機(jī)之間敷設(shè)一部SGB-630/150刮板輸送機(jī)，刮板輸送機(jī)機(jī)頭與錨桿臺(tái)車收料斗搭接形成運(yùn)煤系統(tǒng)。

圖3 1#機(jī)拐彎掘進(jìn)期間設(shè)備布置

圖4 1#機(jī)拐彎后切眼掘進(jìn)19-80米段設(shè)備布置

切眼掘進(jìn)80m后（具備帶式輸送機(jī)敷設(shè)距離），拆除2#機(jī)后配套的橋式轉(zhuǎn)載機(jī)和切眼內(nèi)刮板輸送機(jī)，把2#機(jī)單機(jī)開進(jìn)切眼，完成2#機(jī)的直角拐彎。

2.3 快掘裝備聯(lián)機(jī)前施工工藝

1#進(jìn)入切眼后，1#、2#機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)無法搭接時(shí)，將錨桿臺(tái)車沿膠帶巷布置，其中錨桿臺(tái)車橋式轉(zhuǎn)載機(jī)與膠帶巷帶式輸送機(jī)機(jī)尾搭接，在錨桿臺(tái)車和掘錨機(jī)之間敷設(shè)一部SGB-630/150刮板輸送機(jī)，刮板輸送機(jī)機(jī)頭與錨桿臺(tái)車收料斗搭接，形成1#機(jī)→刮板輸送機(jī)→2#機(jī)→皮帶的完整運(yùn)輸系統(tǒng)；通過1#機(jī)截割、支護(hù)配合人工接溜槽延長SGB-630/150刮板輸送機(jī)的工藝，繼續(xù)掘進(jìn)80m達(dá)到安裝膠帶輸送機(jī)長度時(shí)，拆除1#機(jī)機(jī)身后刮板輸送機(jī)，在切眼內(nèi)安裝一部DSJ-100/120/200膠帶輸送機(jī)，并將快掘裝備配套的橋式轉(zhuǎn)載機(jī)跨在膠帶輸送機(jī)機(jī)尾跑道上，恢復(fù)轉(zhuǎn)載機(jī)和2#機(jī)的連接。此時(shí)，快掘成套裝備全部進(jìn)入切眼完成了快掘設(shè)備直角拐彎的全部工藝。設(shè)備都到位后，完善快掘裝備的通訊線纜、冷卻噴霧、聯(lián)機(jī)調(diào)試，達(dá)到設(shè)備技術(shù)要求，完成正常的全工序掘進(jìn)施工作業(yè)。

2.4 大斷面三角區(qū)加強(qiáng)支護(hù)措施

圖5 1#、2#機(jī)拐彎后掘錨一體機(jī)全工序作業(yè)設(shè)備布置

圖6 掘錨一體機(jī)拐彎施工岔口支護(hù)

由于順槽與切眼交叉口以及拐彎三角區(qū)頂板暴露面積大，為此我們?cè)谠绣^索支護(hù)的基礎(chǔ)上，補(bǔ)打錨索加強(qiáng)支護(hù)，對(duì)岔口區(qū)域順槽巷道進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，頂部錨索4-4布置，間排距為1150×1800mm，錨索規(guī)格為φ21.6×8250mm高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，同時(shí)在原之后的基礎(chǔ)上頂部每根錨桿增加1塊鋼護(hù)板（450×280×5mm）。切眼開口前，提前采用φ21.6×8250mm錨索配合異形鋼板梁距幫300mm處打設(shè)鎖口梁，錨索間距1150mm。切眼拐彎期間頂部采用φ22×2200mm錨桿，間排距為900mm，每根錨桿配套使用1塊鋼護(hù)板（450×280×5mm），頂板網(wǎng)片采用φ5mm鋼筋網(wǎng)，錨索采用φ21.6×8250mm錨索配合異形鋼板梁，錨索間排距為1150×1800mm。

3 技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）切眼拐彎設(shè)計(jì)頂板跨度14m，本次使用掘錨一體機(jī)進(jìn)行切眼拐彎，實(shí)際頂板跨度為11.6m，完成了小跨度直角拐彎，提高了頂板管理安全系數(shù)。

（2）利用掘錨一體機(jī)自帶刮板輸送機(jī)擺動(dòng)機(jī)尾的優(yōu)勢(shì)，在切眼開口拐彎期間產(chǎn)生的煤矸通過錨桿臺(tái)車經(jīng)配套的橋式轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)入膠帶巷帶式輸送機(jī)，完成煤矸連續(xù)運(yùn)輸，杜絕了以往綜掘機(jī)拐彎期間，使用鏟車出煤造成施工現(xiàn)場(chǎng)混亂、人車交叉作業(yè)、巷道內(nèi)車輛尾氣超限等問題。

（3）掘錨一體機(jī)直角拐彎與綜掘機(jī)相比，綜掘機(jī)前19m施工用時(shí)4天，掘錨一體機(jī)前19m施工用時(shí)2.5天，相比綜掘機(jī)施工工期提前1.5天，施工效率明顯提高。

（4）掘錨一體機(jī)拐彎期間產(chǎn)生的煤矸為連續(xù)運(yùn)輸，相比綜掘機(jī)非連續(xù)運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)文明衛(wèi)生明顯提高，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，在提高效率出同時(shí)能夠極大的改善現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)。

（5）通過人機(jī)配合，提高了拐彎巷道的成型質(zhì)量。

（6）為掘錨一體快掘成套裝備的推廣起到積極作用。

圖7 設(shè)備生產(chǎn)廠家提供切眼施工方案

4 結(jié)語

（1）王家?guī)X煤礦采用掘錨一體機(jī)小半徑直角拐彎施工切眼，巷道成型好，掘進(jìn)速度快，達(dá)到掘錨一體，使頂板暴露時(shí)間短，保持了頂板完整性，支護(hù)效果較好，減少后期回采面接替時(shí)間段對(duì)巷道的維護(hù)，工程質(zhì)量得到保障。

（2）本次掘錨一體機(jī)小半徑直角拐彎的成功，對(duì)探討和改進(jìn)切眼施工新工藝、新技術(shù)，找出一條更加合理的施工方案，為我礦今后其他切眼施以順槽巷道施工調(diào)車硐室提供了科學(xué)依據(jù)。