普通綜掘機大傾角臺階式掘進方式應用研究

徐公榮

(1.北京天地華泰采礦工程技術有限公司，北京100013;2.鄂爾多斯市天地華泰采礦工程技術有限公司，內蒙古鄂爾多斯017000)

目前，我國普通綜掘機所適應的巷道傾角大多在±18°范圍內。對于傾角較大條件下的斜巷一般采用專用掘進機掘進，但其適用條件有限，施工時限制條件較多，對于復雜的現場施工條件適應性較差。因此，通過采取合理施工方案，將普通掘進機應用于復雜條件下的巷道掘進工程中，對提高巷道掘進效率、降低施工費用具有重要意義。

1 工程概況

大飯鋪煤礦5號、6號煤層間距平均約為28m，5煤層1510工作面為該礦的首采工作面，其設計施工的2條聯絡斜巷自6號煤層的北翼輔助運輸大巷穿層至5號煤層的1510工作面輔助輸送機巷和膠帶輸送機巷，聯絡巷道以25°的傾角上山掘進，斜長為66m，具體如圖1所示。

圖1 聯絡巷位置

聯絡斜巷設計為拱形，掘進斷面積13.74m2，高3.8m，寬4.2m;巷道采用螺紋鋼錨桿+鋼筋網+噴漿支護，巷道自下而上穿層經過泥質砂巖、黏土巖及砂巖層，5號、6號煤層處煤巖層柱狀圖如圖2所示。

聯絡斜巷設計坡度達25°，對于普通掘進機無法進行正常掘進。目前，針對此類條件下的巷道掘進多采用傳統(tǒng)的鉆爆法施工。該種方法存在一定的缺點與不足，主要表現在以下幾個方面:

圖2 聯絡巷綜合柱狀

(1)工人勞動強度大。

(2)掘進巷道中過大的坡度造成工人施工困難，施工過程中安全隱患較大。

(3)根據前期施工過程中巷道圍巖的揭露情況可知，巷道圍巖的巖性較差，巖層內部裂隙、節(jié)理發(fā)育，導致炮眼施工困難，施工進度緩慢，且巷道掘后難以控制，支護質量難以保證。

(4)鉆爆法施工過程中，落矸塊度較大，容易損壞系統(tǒng)設備。

(5)施工結束后，需增加輔助運輸系統(tǒng)，掘進機才能進入巷道施工。

2 掘進技術及施工工藝

2.1 技術條件

針對普通掘進機施工角度的局限性，為將普通掘進機應用于大傾角斜巷施工，提出在掘進面小范圍內提供一個滿足掘進機掘進施工角度的操作平臺的思路。需解決以下問題:

(1)在傾角為25°的聯絡斜巷中，為掘進機提供傾角小于12°(或不大于18°)且長度大于12m的施工操作平臺。

(2)通過采取相應的技術措施，防止掘進機在大坡度條件下的掘進過程中下滑，同時保證掘進機本身及下方通道的安全。

(3)保證掘進工作面的煤矸運輸安全，防止飛矸傷人。

2.2 設備參數

工程采用EBZ－160型懸臂式掘進機，其主要參數如表1所示。

表1 EBZ－160型掘進機參數

2.3 施工工藝

2.3.1 施工方案

利用巷道掘進過程中產出的煤、矸配合廢舊道木、金屬網等在掘進機底部堆積長度不小于12m，坡度不大于12°的施工平臺，施工斜巷傾角不得大于25°，以防施工平臺的穩(wěn)固性受到影響。斜巷長度一般不得過長，以不超過100m為宜，更適合普通小聯絡斜巷的應用，可實現聯絡斜巷與工作面巷道、大巷采用同一部掘進機連續(xù)掘進，見圖3。該平臺及后續(xù)運輸系統(tǒng)應隨掘進機的推進而前移，見圖4。掘進機截割下來的煤矸用人工運到自滑溜槽，到40T鏈板機上運走。擋矸板用20mm厚的木板或廢舊膠帶用鐵釘釘到圓木立柱上。

圖3 聯絡斜巷掘進機施工作業(yè)措施

2.3.2 施工工藝流程

將掘進過程中產出的煤矸墊入掘進機底部，從而形成可正常施工的操作平臺，其中，變坡施工25°上山時需將巷道底板按不大于12°的坡度截割，最終形成掘進機工作的施工平臺。安裝采用3m長40T鏈條作為掘進機安全索，并將其固定在巷道兩幫底部錨桿上，與掘進機連接;沿上山掘進，前移擋矸網，并沿自滑溜槽、鏈板機溜槽支護成巷。

圖4 聯絡斜巷擋矸板布置

2.3.3 安全技術措施

(1)為保證掘進機工作時施工平臺的穩(wěn)定性，將掘進機施工過程中產生的浮煤、浮矸利用掘進機的自重和后支撐的壓力壓實。使用引水槽或水管將掘進工作面的涌水引出施工平臺。

(2)在掘進過程中，掘進機后方需設置安全警戒，禁止人員通行。在掘進機前方，左右各增加1道輔助固定安全索，其允許有效活動長度為3m，以限制掘進機的后退距離，防止平臺垮塌后掘進機出現下滑。

(3)充分發(fā)揮掘進機本身的后支撐作用。掘進機在切割煤 (巖)時，后支撐應處于受力狀態(tài)，以保證掘進機的穩(wěn)定。

(4)施工現場備有不少于3m3的廢舊道木和一定量廢舊鋼筋網，當掘進機后支撐下方浮煤不足時，用舊道木及時鋪墊，同時在煤矸中適當預埋一些廢舊鋼筋網，以增加煤矸的下滑阻力和施工平臺的穩(wěn)固性，尤其防止施工平臺后方的自然垮落。

(5)掘進機退機、停機時，切割頭必須落地，以增加下滑阻力。

(6)掘進機施工平臺后方，掛擋矸簾防止飛矸傷人。平臺的一側用于溜矸，另一側用于行人和運料。

3 施工效果分析

通過設置小角度的施工平臺以及一系列施工安全保障措施，首次實現了普通掘進機在大坡度斜巷掘進中的應用。

在1510工作面輔助運輸巷聯絡斜巷的實際施工中，66m的斜巷施工只用13d，其中巖巷40m，半煤巖巷26m，平均進度達到5m/d，安全順利地完成了施工任務，且在復雜巖性條件下保證了巷道成形，工程質量較好，實現了良好的經濟社會效益，在相似條件下的施工工程中有極大推廣價值。

4 結論

(1)普通掘進機臺階式掘進法避免了傳統(tǒng)大傾角斜巷鉆爆掘進帶來的操作難度大、勞動強度高、安全隱患多和成巷質量差等問題，同時保證了良好的成巷效果和較高的施工效率，為大傾角斜巷掘進提供了一種新的施工模式。

(2)普通掘進機臺階式掘進法的施工關鍵:臨時性施工平臺與水平的夾角應小于12°(或不大于18°)，以保證平臺搭建后的穩(wěn)固性。

(3)普通掘進機臺階式掘進法特別適用于小斷面大傾角聯絡斜巷的推廣應用，可實現一部掘進機在斜巷、平巷、大巷的連續(xù)施工，避免了專用掘進機設備的購置和改造的投入，具有極大的經濟和社會效益。

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