大斷面半煤巖巷快速掘進(jìn)施工技術(shù)研究

楊仁樹，王 旭

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083)

煤巷掘進(jìn)涉及工序較多，技術(shù)復(fù)雜，而且受地質(zhì)條件和水文條件的影響較大。因此，在防止發(fā)生掘進(jìn)安全事故的前提下，提高煤炭企業(yè)巷道掘進(jìn)速度，對(duì)保證我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)煤炭資源的需求具有重要的意義。本文通過采用液壓支護(hù)鉆車，優(yōu)化勞動(dòng)組織，改進(jìn)工藝流程等施工技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，在改善作業(yè)環(huán)境和降低勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)大斷面半煤巖巷安全和快速地掘進(jìn)，以推動(dòng)煤炭企業(yè)巷道掘進(jìn)現(xiàn)代化、機(jī)械化和高效化的發(fā)展。

1 工作面概況

快速掘進(jìn)項(xiàng)目選取在一采區(qū)1204巷工作面。該工作面東臨集中軌道巷，南臨已停采密閉的1202工作面，西臨西一采區(qū)的采區(qū)邊界，北為已停采密閉的1206工作面。該工作面煤層屬于二迭系下統(tǒng)山西組2#煤層，平均厚度為2.5m，該煤呈塊狀，半亮形煤，穩(wěn)定可采。具體結(jié)構(gòu)為：0.86(0.59)、0.13(0.12)、0.9，中間夾二層矸石，傾角為0°～10°。

煤層老頂為致密堅(jiān)硬，不易跨落的砂巖，厚度為6.11m，直接頂為易跨落的沙質(zhì)頁巖，厚度為1.6m，直接底為砂巖，呈透鏡狀水平層理，具有裂隙，厚度為2.4m，老底為細(xì)粒砂巖，致密堅(jiān)硬，厚度為2.42m。

1204工作面涌水量不大，充水因素主要是K8砂巖，但其富水性不均勻，補(bǔ)給條件差，所以對(duì)生產(chǎn)不會(huì)造成威脅。

為了方便利用液壓鉆車進(jìn)行支護(hù)，需要對(duì)1204巷道斷面進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化前后的1204巷道參數(shù)對(duì)比如表1所示。

表1 1204巷斷面優(yōu)化前后參數(shù)對(duì)比表

2 施工技術(shù)準(zhǔn)備

2.1 巷道支護(hù)方式

巷道支護(hù)方式為錨-網(wǎng)-索聯(lián)合支護(hù)。目前具體支護(hù)方案為：頂板鋪上1000mm×4400mm的16#鉛絲，第一排支護(hù)和第二排支護(hù)采用5根φ20mm×2400mm的螺紋鋼錨桿和1根φ17.8mm×6500mm的鋼絞線錨索，錨索呈邁步式布置。所有頂錨桿和頂錨索全部配合使用規(guī)格為300mm×300mm×12mm的鋼板支護(hù)。錨桿(索)間距為800mm，排距為1000mm。

幫錨桿左幫每排打四根規(guī)格為φ16mm×2000mm的A3圓鋼錨桿，配合400mm×280mm的W型鋼帶，W型鋼帶橫向布置，錨桿呈矩形垂直巷幫布置，其中上排錨桿距頂板200mm，錨桿間距900mm，排距1000mm。兩幫錨桿支護(hù)時(shí)與頂錨桿錯(cuò)開0.5m。

2.2 施工設(shè)備

1204巷工作面使用EBZ-160型掘進(jìn)機(jī)與DSP-1045/800型皮帶輸送機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)工作，采用CMM2-15煤礦用液壓鉆車進(jìn)行巷道支護(hù)工作。EBZ-160型掘進(jìn)機(jī)截割振動(dòng)小，過斷層能力強(qiáng)，穩(wěn)定性強(qiáng)。CMM2-15能夠?qū)崿F(xiàn)巷道工作面支護(hù)的機(jī)械化作業(yè)，最大定位支護(hù)斷面可達(dá)36m2，適應(yīng)巷道工作坡度為±15°，能夠在含有瓦斯等爆炸性混合氣體的礦井中使用，是大斷面巷道快速掘進(jìn)首選的一種先進(jìn)設(shè)備。

2.3 施工組織

施工組織采用三八制作業(yè)，其中早班8小時(shí)，4小時(shí)用于掘進(jìn)支護(hù)，4小時(shí)安排大班維修組進(jìn)行設(shè)備檢修和維護(hù)，中班和夜班8小時(shí)全部由于掘進(jìn)和支護(hù)，只配備安排1名維修工和1名電工在掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)時(shí)對(duì)液壓鉆車進(jìn)行檢修和維護(hù)，在打錨桿時(shí)對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行檢修和維護(hù)，以便及時(shí)排除設(shè)備故障隱患，節(jié)約支護(hù)時(shí)間，加快掘進(jìn)速度。

3 快速掘進(jìn)工藝流程

1204巷快速掘進(jìn)工藝流程采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)和支護(hù)。截割機(jī)采用下部進(jìn)刀，左右循環(huán)，由下向上截割順序截割。掘進(jìn)司機(jī)進(jìn)入工作面后，首先執(zhí)行敲幫問頂制度，檢查加固支護(hù)。沒有問題后，響鈴?fù)ㄖЧ?，啟?dòng)皮帶輸送機(jī)。一切就緒后接通掘進(jìn)機(jī)電源，啟動(dòng)油泵，打開內(nèi)外噴霧，擺動(dòng)截割頭到巷道輪廓線右下角，啟動(dòng)截割頭，開動(dòng)行走部向前進(jìn)刀，截深達(dá)規(guī)定深度后停止行走，截割頭向左擺動(dòng)，平掃割煤至左幫輪廓線后沿輪廓線向上截割達(dá)到一定高度，向右平掃，繼續(xù)向上截割，左右平掃，直至割至頂板，最后挑頂、刷幫和清底，一個(gè)切割循環(huán)完成。截割完成后，還需要使用手鎬對(duì)巷道進(jìn)行整形。

使用CMM2-15煤礦用液壓鉆車進(jìn)行巷道支護(hù)的流程為：退出掘進(jìn)機(jī)，進(jìn)液壓鉆車，并調(diào)整至合適位置；用尺測(cè)量頂眼的距離，確定頂眼的位置；使用液壓鉆車的超前支護(hù)進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)；使用鉆車打設(shè)頂錨桿和錨索；鋪設(shè)金屬網(wǎng)；上鋼板并進(jìn)行預(yù)緊；打設(shè)上部?jī)筛鶐湾^并鋪金屬網(wǎng)；上鋼帶并進(jìn)行預(yù)緊；完畢后調(diào)整液壓鉆車位置進(jìn)行第二排支護(hù)。第二排支護(hù)首先進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)；使用鉆車依據(jù)第一排錨桿和錨索的位置打設(shè)第二排頂錨桿和錨索；鋪設(shè)第二排金屬網(wǎng)，并上鋼板進(jìn)行預(yù)緊；打設(shè)上部?jī)筛鶐湾^并鋪金屬網(wǎng)，并上鋼帶進(jìn)行預(yù)緊，第二排支護(hù)完成。調(diào)整液壓鉆車位置進(jìn)行第三排支護(hù)，首先進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)；使用鉆車依據(jù)第二排錨桿和錨索的位置打設(shè)第三排頂錨桿和錨索；同時(shí)配合使用風(fēng)動(dòng)錨頭補(bǔ)打第一排下部?jī)筛鶐湾^桿；鋪設(shè)第三排金屬網(wǎng)，并上鋼板進(jìn)行預(yù)緊；打設(shè)上部?jī)筛鶐湾^并鋪金屬網(wǎng)，并上鋼帶進(jìn)行預(yù)緊，第三排支護(hù)完成。退出液壓鉆車，進(jìn)綜掘機(jī)開始下一循環(huán)。

4 支護(hù)速度主要影響因素分析

在現(xiàn)階段，通過現(xiàn)場(chǎng)的分析，還存在著許多影響快速掘進(jìn)的因素，主要如下：

1)職工配合。工人已經(jīng)能夠完全獨(dú)立操作鉆車，熟練程度也逐漸提高，但由于使用鉆車支護(hù)是一個(gè)各工種協(xié)作過程，需要鉆車操作工人、鉆桿拆裝工人和材料遞送工人密切配合。但是目前，各個(gè)工人的配合度還不夠，因此，建議工人之間多加強(qiáng)溝通，確定工序流程，明確各自的職能和分工，避免出現(xiàn)工序混亂的情況。還要要求各班實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面交接班，如果支護(hù)沒有完成，上一班必須為下一班保留至少足夠支護(hù)一排的支護(hù)材料，以便交接班后下一班能夠立即開始進(jìn)行工作，減少空頂時(shí)間，在保證安全的前提下為提高支護(hù)速度創(chuàng)造條件。另外，建議配齊工人支護(hù)工具，如扳手等，避免尋找工具浪費(fèi)時(shí)間。

2)支護(hù)方式的改變。目前，為了方便使用液壓鉆車進(jìn)行支護(hù)，1204巷的支護(hù)方式已經(jīng)改變，不但原來的支護(hù)材料和支護(hù)工序發(fā)生了改變，而且還產(chǎn)生了一些新的支護(hù)工序，如需要用尺測(cè)量頂眼的距離，以確定頂眼的位置，這就不可避免地改變工人操作習(xí)慣，需要工人重新熟悉新工序和新材料，從而增加了支護(hù)時(shí)間。因此，在保證安全的前提下，需要優(yōu)化支護(hù)工序，確定安全和有效的支護(hù)方式以與液壓鉆車的使用方式相契合，最大限度地實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)，縮短支護(hù)時(shí)間，以加快液壓鉆車的支護(hù)速度。

3)掘進(jìn)施工隊(duì)伍素質(zhì)的提高。在支護(hù)過程中，

由于新設(shè)備的應(yīng)用和新工藝流程的設(shè)計(jì)，在施工現(xiàn)場(chǎng)很多工人會(huì)出現(xiàn)手忙腳亂的情況，嚴(yán)重影響支護(hù)速度。因此，應(yīng)該定期對(duì)工人進(jìn)行培訓(xùn)，使其通過學(xué)習(xí)業(yè)務(wù)知識(shí)，掌握新的工藝流程和各工序?qū)夹g(shù)的要求，并定期進(jìn)行技術(shù)練兵，給予優(yōu)勝者一定的精神和物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)，以強(qiáng)化工人的技術(shù)水平。此外，為調(diào)動(dòng)工人的積極性，應(yīng)該建立有效的激勵(lì)機(jī)制，以鼓勵(lì)工人加強(qiáng)學(xué)習(xí)，提高技術(shù)水平，加快掘進(jìn)和支護(hù)速度。

4)鉆車使用故障的排除。在使用過程中，鉆桿與鉆機(jī)連接處漏水嚴(yán)重，造成打頂眼時(shí)，水壓不足，影響鉆孔速度，并且常常鉆桿眼出現(xiàn)被堵塞的情況損壞鉆桿，從而延緩支護(hù)速度。雖然使用帶密封圈的鉆桿，但是密封圈磨損快，所以需要進(jìn)一步解決鉆機(jī)漏水問題。此外，還存在鉆車一級(jí)油缸不能均勻給油，導(dǎo)致速度不好掌握，定眼位時(shí)不好控制等問題，也需要予以解決。

5)平行作業(yè)的細(xì)化?？s短支護(hù)時(shí)間，提高單進(jìn)水平，要做到細(xì)化平行作業(yè)。如工作面掘出后，使用液壓鉆車打設(shè)頂錨桿和錨索和上部?jī)筛鶐湾^，下部的兩根幫錨桿留給支護(hù)人員使用風(fēng)動(dòng)錨頭補(bǔ)打，這樣不僅實(shí)現(xiàn)了平行作業(yè)，縮短了巷道支護(hù)所用的時(shí)間，而且還可以防止上幫片幫。在地質(zhì)條件較好的地區(qū)，在不影響迎頭安全的情況下，可以將打設(shè)頂錨索滯后到掘進(jìn)機(jī)的后部實(shí)施，從而實(shí)行平行打設(shè)，加快支護(hù)速度。在掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)該將支護(hù)所用的材料，搬運(yùn)到支護(hù)地點(diǎn)附件。