特厚煤層大傾角上山機(jī)械化掘進(jìn)管理技術(shù)分析

章之燕

（1.開(kāi)灤 （集團(tuán)）有限責(zé)任公司唐山礦業(yè)分公司 ，河北省唐山市，063000；2.中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)巖石力學(xué)專業(yè)委員會(huì)，北京市朝陽(yáng)區(qū)，100013）

特厚煤層大傾角上山機(jī)械化掘進(jìn)管理技術(shù)分析

章之燕1，2

（1.開(kāi)灤 （集團(tuán)）有限責(zé)任公司唐山礦業(yè)分公司 ，河北省唐山市，063000；2.中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)巖石力學(xué)專業(yè)委員會(huì)，北京市朝陽(yáng)區(qū)，100013）

針對(duì)大傾角上山掘進(jìn)在機(jī)械化綜合配套快速掘進(jìn)方面沒(méi)有過(guò)多的實(shí)踐，開(kāi)灤唐山礦通過(guò)合理選擇掘進(jìn)配套設(shè)備，改進(jìn)掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)，優(yōu)化掘進(jìn)施工工藝和截割方式，建造人工平臺(tái)等措施，實(shí)現(xiàn)了Y485里工作面平均26°、最大29°的大傾角上山機(jī)械化掘進(jìn)，突破了掘進(jìn)機(jī)在大傾角上山施工的限制，為大傾角上山機(jī)械化掘進(jìn)探索了施工技術(shù)和工藝。

大傾角 上山掘進(jìn) 機(jī)械化掘進(jìn) 快速掘進(jìn) 施工工藝

隨著綜掘技術(shù)與裝備迅速發(fā)展，形成了以掘進(jìn)機(jī)為主機(jī)械化掘進(jìn)工藝和技術(shù)。但對(duì)于大于20°的大傾角上山煤層掘進(jìn)，由于傾角大，礦壓顯現(xiàn)特殊，工程管理復(fù)雜，掘進(jìn)機(jī)的適應(yīng)程度的限制一直困擾著掘進(jìn)機(jī)械化的發(fā)展和應(yīng)用。

從大傾角煤層上山掘進(jìn)的礦壓顯現(xiàn)特征和掘進(jìn)工藝特點(diǎn)看，煤層上山傾角超過(guò)20°時(shí)，不利于機(jī)械化掘進(jìn)的因素迅速增加，特別是當(dāng)上山掘進(jìn)傾角達(dá)到30°左右時(shí)，掘進(jìn)工作面礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律與沿水平掘進(jìn)時(shí)發(fā)生明顯變化，頂板應(yīng)力的作用加大了對(duì)煤體控制冒落的難度，掘進(jìn)設(shè)備在傾角的作用下下滑加重，掘進(jìn)工作面頂板控制等問(wèn)題表現(xiàn)更為突出。針對(duì)上述問(wèn)題，本文對(duì)大傾角上山掘進(jìn)的機(jī)械化綜合配套快速掘進(jìn)管理技術(shù)方面進(jìn)行了探索。

1 Y485里工作面地質(zhì)概況及巷道布置

Y485里工作面位于14水平岳胥區(qū)，煤層賦存為盆狀，中間低四周高。設(shè)計(jì)巷道在-752～-1025.2 m深度，煤層傾角22°～30°，平均26°。煤層厚度8.27～12.8 m，平均10.2 m。根據(jù)工程揭露及鉆孔資料分析，工作面煤層沉積不穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，呈塊狀結(jié)構(gòu)且易碎，斷層較多，一般以逆斷層為主。水文地質(zhì)位于岳胥區(qū)煤5～煤12弱含水層段，賦水性較差。最大涌水量為0.80 m3／min，正常涌水量為0.50 m3／min。

圖1 29U-14 m2金屬拱形支架斷面圖

設(shè)計(jì)巷道沿煤層傾斜布置，由標(biāo)高-1025.2 m向-752 m上山沿煤層底板托煤頂掘進(jìn)，長(zhǎng)度770 m。支護(hù)采用29U-14 m2金屬拱形支架支護(hù)，棚距為0.6 m，巷道支護(hù)形式及斷面尺寸見(jiàn)圖1。

2 掘進(jìn)工作面設(shè)備配套

Y485里工作面巷道掘進(jìn)采用EBZ150A掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，功率150 k VA，供電電壓1140 V。掘進(jìn)前80 m時(shí)，后路配套運(yùn)輸設(shè)備采用SGB620／40刮板輸送機(jī)，掘進(jìn)超過(guò)80 m后配套運(yùn)輸設(shè)備采用SSJ-1200／3×200帶式輸送機(jī)，功率3×200 k VA，中部驅(qū)動(dòng)電壓1140 V。供電采用6 k V高壓直接送到掘進(jìn)工作面配電位置的移動(dòng)變電站。

EBZ150A型掘進(jìn)機(jī)主要技術(shù)特征：機(jī)體總重42 t；機(jī)身高度1.8 m；機(jī)體長(zhǎng)度9.0 m；裝機(jī)功率205 k W；滾筒轉(zhuǎn)速46／23 r／min；截割寬度5.0 m；截割高度4.8 m；掘進(jìn)斷面23 m2；適應(yīng)坡度±16°；履帶寬度550 m。

3 針對(duì)大傾角掘進(jìn)所采取的對(duì)策

3.1 防止后配套帶式輸送機(jī)跑車和煤矸下滑措施

（1）合理選擇帶式輸送機(jī)。為防止帶式輸送機(jī)失控，加大帶式輸送機(jī)功率，將原帶式輸送機(jī)配置的2×200 k VA雙電機(jī)牽引變?yōu)?×200 k VA三電機(jī)牽引。在大傾角下山運(yùn)輸時(shí)電機(jī)為發(fā)電狀態(tài)，在電機(jī)磁力的作用下控制帶式輸送機(jī)失控。

（2）增加中部控制。在帶式輸送機(jī)中部適當(dāng)位置增加驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。

（3）在帶式輸送機(jī)機(jī)頭驅(qū)動(dòng)裝置和中間驅(qū)動(dòng)裝置上安裝液壓制動(dòng)機(jī)構(gòu)，在停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)液壓制動(dòng)裝置制動(dòng)，防止帶式輸送機(jī)下滑失控。

（4）采用大包角膠帶，防止膠帶跑偏及煤矸在運(yùn)輸過(guò)程中散落，發(fā)生飛濺。

3.2 合理控制和改進(jìn)掘進(jìn)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）增加掘進(jìn)機(jī)防滑措施。在掘進(jìn)機(jī)訂貨時(shí)要求廠家增加行走部齒的長(zhǎng)度及厚度，提高履帶強(qiáng)度和履帶齒高。

（2）改造掘進(jìn)機(jī)機(jī)械液壓系統(tǒng)。掘進(jìn)機(jī)因自重產(chǎn)生的下滑力，導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)行走、割煤困難，無(wú)法正常順利進(jìn)行工作。改造掘進(jìn)機(jī)機(jī)械液壓系統(tǒng)，提高液壓系統(tǒng)的工作壓力。將行走的油泵由二聯(lián)泵改換成三聯(lián)泵。

（3）改進(jìn)后支承，將后支撐液壓系統(tǒng)壓力調(diào)高，提高支撐能力。加大后支撐油缸的伸縮長(zhǎng)度，利用三聯(lián)泵作為系統(tǒng)油壓來(lái)源，協(xié)助掘進(jìn)機(jī)行走。

（4）防止掘進(jìn)機(jī)下滑。即隨上山掘進(jìn)向前推移構(gòu)筑人工平臺(tái)，減少巷道坡度。構(gòu)筑人工平臺(tái)的角度應(yīng)滿足掘進(jìn)機(jī)及其他設(shè)備在掘進(jìn)時(shí)能正常工作。人工平臺(tái)構(gòu)筑示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 人工平臺(tái)構(gòu)筑示意

（5）充分發(fā)揮掘進(jìn)機(jī)本身的后支撐作用。掘進(jìn)機(jī)在切割煤矸時(shí)，后支撐應(yīng)處于受力狀態(tài)，以保證掘進(jìn)機(jī)的穩(wěn)定。掘進(jìn)機(jī)退機(jī)、停機(jī)時(shí)，切割頭、鏟板必須落地，以增加下滑阻力。

（6）掘進(jìn)機(jī)施工平臺(tái)后方，掛擋矸簾防止飛矸傷人。平臺(tái)的一側(cè)用于溜矸，另一側(cè)用于行人和運(yùn)料。

3.3 頂板管理和運(yùn)輸管理對(duì)策

（1）優(yōu)化截割順序。由于掘進(jìn)巷道坡度最大達(dá)29°。采用常規(guī)截割施工方式存在很大的危險(xiǎn)性。因此，根據(jù)巷道實(shí)際施工情況，改變以往在巷道中底部吃刀往復(fù)式割煤方式，改為由巷道上部吃刀，由上向下往復(fù)式進(jìn)行割煤，在截割上部時(shí)采用跟進(jìn)支護(hù)，減少頂板暴露時(shí)間。截割方式見(jiàn)圖3。

圖3 掘進(jìn)機(jī)截割方式圖

（2）采用超前錨桿控制頂板和煤壁。在大傾角巷道上山掘進(jìn)時(shí)，掘進(jìn)工作面煤壁自然形成向下傾斜的狀態(tài)，為保證煤壁不片幫，采用3～4根錨桿在掘進(jìn)斷面上部控制煤壁，使煤壁穩(wěn)定，見(jiàn)圖4。

圖4 超前錨桿控制煤壁示意圖

（3）當(dāng)頂板破碎超前錨桿控制困難時(shí)，在掘進(jìn)頭采用馬麗散澆筑，加固煤體，提高煤體強(qiáng)度和穩(wěn)定性，馬麗散澆筑主要是在工作面掘進(jìn)頭上部的兩腮布置2～3個(gè)孔，孔深在6～7 m，澆筑量以達(dá)到穩(wěn)定上頂煤體確定。掘進(jìn)機(jī)司機(jī)在切割煤體時(shí)采用先割上頂，再割底部。割上頂時(shí)用撞楔超前控制上頂，一般不超過(guò)1 m的空頂距。

（4）掘進(jìn)運(yùn)輸管理。運(yùn)輸配套方式為掘進(jìn)機(jī)→拖掛轉(zhuǎn)載裝置→帶式輸送機(jī)的自移機(jī)尾→帶式輸送機(jī)。由于大傾角上山掘進(jìn)，在運(yùn)輸煤炭過(guò)程中存在著煤炭下滑問(wèn)題，為保證安全，采用在掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)載膠帶卸載處加裝卸載防護(hù)，使其在轉(zhuǎn)載過(guò)程中落入自移機(jī)尾上的煤炭不發(fā)生滾動(dòng)飛濺。

受巷道坡度增大影響，帶式輸送機(jī)機(jī)尾無(wú)法在掘進(jìn)機(jī)牽引時(shí)順利進(jìn)行伸拉膠帶，配套使用自移液壓牽引機(jī)尾，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)機(jī)尾部在液壓油缸的作用下自行移動(dòng)，達(dá)到伸拉膠帶的目的。

4 施工效果

通過(guò)Y485里工作面巷道的掘進(jìn)實(shí)踐，在大傾角上山施工時(shí)通過(guò)留設(shè)施工平臺(tái)以及采取一系列安全保障措施，實(shí)現(xiàn)了大傾角上山掘進(jìn)的綜合機(jī)械化施工。完成了Y485里工作面的所有工程，掘進(jìn)全煤巷道770 m，平均掘進(jìn)進(jìn)尺達(dá)到8.4 m／d，保證了生產(chǎn)銜接和安全生產(chǎn)。為大傾角上山綜掘施工摸索出了一種施工方法。

5 結(jié)論

（1）實(shí)現(xiàn)綜掘機(jī)掘進(jìn)大傾角上山施工，關(guān)鍵是在底板留設(shè)適宜的施工平臺(tái)，并保證掘進(jìn)機(jī)施工的穩(wěn)固性。唐山礦全煤大傾角上山巷道掘進(jìn)實(shí)踐表明，一般留設(shè)施工平臺(tái)長(zhǎng)度在15～20 m，調(diào)整后的坡度達(dá)到18～20°左右，就能滿足掘進(jìn)機(jī)正常施工。

（2）選用的掘進(jìn)機(jī)必須具有功率大，行走能力強(qiáng)，液壓系統(tǒng)完好，調(diào)整范圍大，尤其是行走系統(tǒng)必須具有較大的爬坡能力，履帶與底板有較大的摩擦力，且履帶強(qiáng)度高。

（3）掘進(jìn)機(jī)的后支撐能力強(qiáng)，支撐油缸伸縮量大，在掘進(jìn)時(shí)能很好地起到支撐作用。

（4）掘進(jìn)機(jī)司機(jī)的操作水平必須具有大傾角掘進(jìn)技能，否則會(huì)產(chǎn)生失誤，造成事故。

（5）在大傾角上山機(jī)械化掘進(jìn)時(shí)，后部配套設(shè)備必須滿足施工條件，后部運(yùn)輸必須采取安全防護(hù)措施，保證在運(yùn)輸過(guò)程中不發(fā)生煤矸飛濺。

［1］高運(yùn)增.普通綜掘機(jī)大傾角上山掘進(jìn)技術(shù)研究［J］.煤炭工程，2013（3）

［2］宮延明.孫全發(fā)，劉云剛.綜掘機(jī)大傾角巷道施工實(shí)踐 ［J］.煤礦安全，2008 （6）

［3］武志俊.翟佳道，馮國(guó)海.復(fù)雜地質(zhì)條件下綜掘施工工藝研究及應(yīng)用 ［J］.科技視界，2011（8）

［4］付亞平.大傾角回采巷道快速掘進(jìn)的對(duì)策 ［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2006（3）

［5］曲延倫.用掘進(jìn)機(jī)械化保證采掘高效協(xié)調(diào)發(fā)展［J］.中國(guó)煤炭，2006（12）

［6］陳繼忠，游植賢.加強(qiáng)工藝細(xì)化管理實(shí)現(xiàn)煤巷大斷面快速掘進(jìn) ［J］.中國(guó)煤炭，2008（10）

Analysis of management technology of uphill mechanized tunneling in super thick coal seam with large angle

Zhang Zhiyan1，2
（1.Tangshan Mining Branch Co.，Kailuan Group Co.，Ltd.，Tangshan，Hebei 063000，China；2.Rock Mechanics Committee of China Coal Society，Chaoyang，Beijing 100013，China）

For there is no much practice of steep uphill tunneling in rapid driving with mechanized comprehensive supporting，through reasonably selecting excavation equipment，improving the hydraulic system of roadheader，optimizing the tunneling construction process ＆ cutting mode and building artificial platform and other measures，Tangshan Mining Branch Company of Kailuan Group has achieved the steep uphill mechanized tunneling with average of 26°and maximal angle of 29°in Y485 working face，which has broken the constraints of steep uphill construction of the roadheader，and explored the construction technology and process for the steep uphill mechanized tunneling.

large angle，uphill tunneling，mechanized excavation，rapid driving，construction process

TD421.5

A

章之燕（1961-），男，河北張家口人，教授級(jí)高級(jí)工程師，現(xiàn)任開(kāi)灤集團(tuán)公司唐山礦業(yè)分公司副總工程師。

（責(zé)任編輯 張毅玲）