馬脊梁礦8512工作面巷道掘進工藝探析

賀進修

（晉能控股煤業集團馬脊梁礦機掘一隊，山西 大同 037003）

0 引言

工作面巷道主要是便于工作面上液壓支架、采煤機、刮板輸送機等采煤機械設備的安裝，巷道的斷面寬度一般為6～10 m，由于巷道的斷面較大，巷道快速掘進施工及安全支護變得極為重要，因此，以馬脊梁礦8512工作面為研究對象，探索工作面巷道快速掘進施工工藝及支護技術。

1 地質水文概況

馬脊梁礦8512工作面地表為黃土地貌，丘陵、臺地較為發育，洪水沖刷劇烈“I”字形溝谷發育，地表大部分為耕地、幼樹、荒草地，地表有甘溝和達子溝及其支溝穿過該工作面；有廢棄的達子溝煤礦和南廟煤礦，地表高差為81 m左右。工作面北東為馬脊梁礦與同忻礦礦界，南東為8127工作面實煤區，北西為實煤區，南西依次為盤區皮帶巷、輔助運輸大巷、盤區回風巷。上覆14號層為平旺甘溝煤礦小窯破壞區及城區達子溝煤礦采空區。工作面上覆含有二疊系山西組k3砂巖含水地層，其次為永定莊組及大同組含水層。山西組地層巖性以砂巖為主，其次為砂質泥巖。裂隙不發育，埋藏深，補給條件差，含水性比較弱；永定莊組巖性又粗、中、細砂巖、砂礫巖及少量砂質泥巖、泥巖組成，富水性弱；侏羅系中統大同組k11砂巖裂隙含水層，大同組含煤層段含水層由于煤層大部分已采空，含水層已造破壞，礦井排水改變了上覆煤系地層的水文地質條件，地表井、泉水干枯，地下水向采空區滲泄，含水層基本呈疏干狀態。

巷道布置在C3號煤層中，掘進方向是沿煤層底板，切巷北西、南西為盤區回風巷、輔運巷、皮帶巷3條盤區大巷及實煤區，北東，南東為實煤區。工作面煤層結構復雜，煤層厚度為5.58～8.10 m，純煤平均厚度4.87 m，局部含有4～5層矸石，矸石厚度為0.21～0.88 m，巖性多為砂泥巖、高嶺巖，局部煌斑巖侵入，其周圍5～10 m范圍內部煤發生變質，煤層傾角1°～5°，煤層頂底板情況見表1。

表1 ZLJ-4型機載超前支護基本性能參數

表1 煤層頂底板情況

2 掘進工藝

2.1 施工方法

根據架設的激光指向儀，采用EBZ260型掘進機沿煤層底板進行掘進施工[1-3]。首先畫出巷道掘進輪廓線，按照巷道掘進輪廓線沿煤層底板進行施工，通過見底控頂的切割方式進行施工，先從切眼左側掘寬5.4 m達設計位置，撤出皮帶，退出機組，然后右側擴幫3.6 m，達到設計斷面寬9 m，掘進高度控制在3.6～4m范圍內，在進行擴幫前，必須在5.4 m寬的斷面內將單體液壓支柱支護完畢。

截割時注意利用層理，截割頭沿層理移動可以有效的破碎煤巖。在頂板破碎、軟煤層中掘進時，截割頭應在距離頂板、兩幫一定的距離移動，使截割后留出一定厚度的煤頂和煤幫，再用手鎬等工具進行加工整形，待達到設計的規格后立即進行永久支護，這樣可減少片幫、冒頂等現象的發生[4]。

2.2 巷道開口施工方法

8125開切眼從2125巷右側幫先擴幫施工，按擴長11 m（含頭過渡支架壁龕寬2 m）×高3.6 m，每擴寬0.9 m及時支護頂幫，按此循環擴幫至掘進機轉正到切眼巷，開口第一排先支護工字鋼梁，然后按支護設計施工，開口擴幫超寬處加強錨索支護，超寬0.8 m增加支護1根錨索，超寬1.6 m增加支護2根錨索。

2.3 工藝流程

2.3.1 割煤

割煤采用見底控頂的切割方式，在系統正常運轉后，啟動掘進機向前移動進刀，在鉆入900 mm后，機組鏟板與底板緊貼做為前支承點，機組穩定器即后支承升起做為后支承點，按照截割圖的方向截割到設計高度，截割軌跡見圖1[5]。牽引方式為電牽引，牽引速度為0～9 m/min。要求截割高度為3.6～4.0 m，截割寬度9.0～9.1 m[6]，頂、底板平整，兩幫平直。開切眼寬9 m，高3.6 m；先掘寬5.4 m，每向前割0.9 m，進行永久支護，錨桿、錨索達到各自的最小空頂距后，再向前進行截割，依此方法循環施工到設計位置，然后擴幫3.6 m寬，每向前擴0.9 m，進行永久支護，錨桿、錨索達到各自的最小空頂距后，再進行擴幫。

圖1 截割軌跡示意圖

2.3.2 運煤

在施工切眼6～30 m范圍內使用ZL30EFB型防爆裝載機進行煤矸石裝載[7]，施工30～150 m范圍內采用EBZ260型掘進機進行裝載，SSJ-1000型膠帶機進行運輸。膠帶機的機頭和機尾都采用4根直徑為20 mm，長度為2 400 mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿與底板進行錨固，采用1卷MSK2360型樹脂錨固劑進行錨固，錨固深度不得低于1.5 m，采用合格錨鏈將設備與地錨固定，保證牢固可靠。

2.3.3 臨時支護

臨時支護采用EBZ260掘進機搭載的ZLJ-4型機載對前探梁進行支護，工作面備用一套滑移絲杠式前探梁，待機載前探梁不能正常使用或正在檢查維修時，采用滑移絲杠式前探梁進行臨時支護[8]。示意圖如圖2所示。前探梁的長度為4.0 m，共6根，每根前探梁上搭配3組長度為1.3 m的橫梁，用12號槽鋼固定前探梁，用10號槽鋼固定橫梁。

圖2 臨時支護示意圖

掘進機完成截割、裝煤作業后，放下截割頭，先檢查支護裝置各零部件及管路是否完好，然后操作二位三通閥，將液壓油切換到支護裝置的油路，然后把金屬網和鋼帶連接到頂架上，卡在頂架的卡槽里。推動支護裝置的支撐缸和折疊缸液壓控制手柄，使主架和頂架從折合狀態緩慢打開，當達到所需的角度和位置時松開2個操作手柄，再推動主架的升降缸操作手柄，使主架升起達到巷道頂板高度，將金屬網和鋼帶壓在頂板上，以保持恒定的承載力。裝好錨網和錨桿后，先把主架降低到最低位置，再折合頂架，直到頂架壓到掘進機上為止[9]。支護作業完成后，推動二位三通閥切換到掘進機所需的油路，繼續進行掘進作業。

在工作面的3排錨桿托板下緊固好吊環，將橫梁上在吊環內，用銷子固定，再把前探梁朝著巷道的方向固定在橫梁上，在截割前，前探梁呈倒懸臂狀，在截割后，前探梁前移呈正懸臂狀，前探至工作面的迎頭，并及時進行支護。支護后最小空頂的距離小于0.3 m，最大空頂的距離小于1.2 m，上部2排護幫錨桿滯后工作面的距離小于1.2 m，下部2排護幫錨桿滯后工作面的距離小于5 m，有片幫時，煤壁支護要緊跟工作面。

2.3.4 永久支護

對頂錨桿的支護，采用1支MSK2360型樹脂藥，采用MYT-190/240液壓錨桿鉆機或MQT-130/3.2氣動錨桿鉆機通過連接套鉆動錨桿或錨索攪拌樹脂錨固劑，攪拌30 s后等待180 s取下鉆機，待15 min后將配套碟形墊、鋼帶壓金屬網緊貼巖壁利用螺母緊固，每排6根絞車窩，間排距為950 mm×1 000 mm，擴幫3.6 m，錨桿與頂板巖壁的夾角大于75°，兩肩角錨桿向煤幫方向施工75°，用螺母將碟形墊壓鋼帶緊貼在壁面上，錨桿的錨固力125 kN/架，預緊扭矩大于250 N·m。

對錨索的支護，眼孔使用MYT-190/240液壓錨桿鉆機或MQT-130/3.2氣動錨桿鉆機鉆孔，使用φ28 mm的鉆頭配套六棱組合鉆桿進行鉆眼作業，鉆孔深度7 000 mm，每根錨索先上1支MSK2360型再上1支MSZ2360型樹脂藥，采用錨桿鉆機通過連接套鉆動錨索攪拌樹脂錨固劑，攪拌30 s后等待180 s取開錨索機，待6 min后，方可上托板及鎖具，錨索打壓[10]。絞車窩每排4根，2根正頂錨索，2根角錨索，11號礦用工字鋼上每排6根，其中掘寬5.4 m鋼帶上每排2根，11號礦用工字鋼上每排3根；擴幫3.6 m鋼帶上每排2根，11號礦用工字鋼上每排3根，錨索的錨固力在400 kN以上，初始預緊力大于120 kN/架。

對幫錨桿的支護，采用1支MSZ2360型樹脂藥，采用ZQS-50/1.6S氣動手持式鉆機通過連接套鉆動錨桿攪拌樹脂錨固劑，攪拌30 s后等待180 s取下鉆機，待15 min后將配套碟形墊、鋼托板壓金屬網緊貼巖壁利用螺母緊固，幫側每排4根錨桿，間排距為900 mm×900 mm，靠近頂板的幫錨桿與頂板距離為150 mm，與巷幫的夾角為80°，并向上進行施工，靠近底板的幫錨桿與巷幫的夾角為80°，并向下進行施工，用螺母將碟形墊壓鋼帶緊貼在壁面上，錨固力為102 kN/架，預緊扭矩力大于200 N·m，玻璃鋼錨桿的錨固力在50 kN/架以上，預緊扭矩力大于40 N·m。

巷道頂角處的幫網與頂網鋪設整體金屬網，互不搭接，金屬網和塑料網平鋪，緊貼頂幫，網與網之間的搭接長度大于100 mm，用14號鉛絲雙股連接，雙絲雙扣，孔孔相連。聯網間距小于200 mm，綁扎牢固，扭結大于3圈。

單體液壓支護，采用DW-45型，每排2根，單體柱支在工字鋼上，在切巷小斷面導硐掘進完畢后支設距巷中最近的一排單體柱，第二排單體柱隨巷道鋪底硬化過程中支設，距巷中500 mm支護，間排距1 800 mm×1 800 mm，單體柱支撐力大于11.5 MPa，柱體之間用2分鋼絲繩連接防倒，柱頭用雙股14號鉛絲與工字鋼或頂板金屬網連接牢固。錨桿外露長度10～50 mm，錨索外露長度150～250 mm，間排距誤差均不得超過±100 mm。

進行下一循環之前，永久支護距工作面不超過0.9 m，最大空頂距不超1.8 m，上部2排護幫滯后工作面不超過5 m，下部護幫錨桿不得滯后超過15 m。

3 應用效果

在8512工作面上按照掘進工藝進行試驗，結果表明：單班進尺數最大9 m，日進尺數最大24 m，月進尺數最大508 m。完成1個循環作業的掘進時間為48 min，其中割煤7.8 min，支護40.2 min，掘進效率明顯提高，循環作業周期縮短約35 min，可見，掘進工藝應用效果較好，掘進速度提升，采掘工藝得以連續，施工安全得到保障，在掘進過程中沒有出現支護失效、頂板離層或冒落等現象，消除了支護間隔期的安全隱患，保證了巷道的支護效果，能夠滿足巷道斷面快速掘進施工要求。

4 結論

1）為了提高掘進速度，馬脊梁礦8512工作面采用見底控頂的切割方式施工后，解決了掘進效率低、支護難度大等技術問題，提升了掘進速度和掘進巷道的穩定性，經過臨時和永久支護，確保了巷道支護的安全性。

2）通過工藝實施，單班進尺數最大9 m，日進尺數最大24 m，月進尺數最大為508 m，完成1個循環作業的掘進時間為48 min，循環作業周期縮短約35 min，大大提高了掘進效率，采掘工藝得以連續，施工安全得到保障，且掘進施工工藝的實用性較強，應用效果顯著。

3）在掘進過程中沒有出現支護失效、頂板離層或冒落等現象，消除了支護間隔期的安全隱患，保證了巷道的支護效果，能夠滿足巷道斷面快速掘進施工要求。