1622運料巷極復(fù)雜條件下沿空托頂煤大坡度機(jī)掘施工工藝研究與實踐應(yīng)用

摘 要：介紹了葛泉礦首個復(fù)雜條件下沿空托頂煤大坡度機(jī)掘施工工藝研究與實踐應(yīng)用，施工過程中針對1622運料巷外段上幫預(yù)留煤柱較小、巷道后期頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟枯^大、控制巷道兩幫成型及巷道頂板安全、工作面瓦斯異常、近沖積層下大坡度托頂煤施工及對施工過程中的大坡度爬坡、大坡度機(jī)掘安全施工、大坡度皮帶延長的異常施工難題進(jìn)行了分析，制定了切實可行的各項安全技術(shù)措施，取得了較好的施工效果。

關(guān)鍵詞：高瓦斯；大坡度機(jī)掘；近沖積層

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.112

1 概述

葛泉礦1622工作面位于南翼2#煤二采區(qū)；東南為2#煤露頭，西南為DF4-3斷層，西北為南翼二采區(qū)軌道上山，東北為1621工作面。工作面總體為單斜東高西低，煤層傾角平均18°，厚度平均為4.5m。運料巷與1621工作面采空區(qū)毗鄰，由于受采空區(qū)動壓影響運料巷圍巖受到一定程度破壞。工作面局部坡度達(dá)到30°以及工作面里段后期需在沖積層下改為托頂煤施工，增加了掘進(jìn)施工巷道支護(hù)難度。沿空留巷施工本身面臨著巷道圍巖破壞，支護(hù)困難等施工難題。

2 重點環(huán)節(jié)影響因素分析

2.1 瓦斯因素分析

由于該工作面為南翼瓦斯異常區(qū)，稍有不慎施工過程中就會造成瓦斯超限，進(jìn)而引起更大的瓦斯事故。

2.2 近沖積層下大坡度沿空托頂煤施工因素分析

（1）為多回收資源運料巷選擇沿空掘巷，1621采空區(qū)對運料巷圍巖造成一定程度的破壞。

（2）工作面里段煤層厚度增大采取托頂煤施工，南翼2#煤層松軟破碎加大了頂板管理難度。

（3）工作面大坡度爬坡施工難題分析。根據(jù)EBZ135型掘進(jìn)機(jī)的適用條件及現(xiàn)場實際施工情況可以知道上山機(jī)掘時，其適合于上山坡度在≤16度的情況>16度就會出現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)履帶打滑無法正常爬坡。

（4）工作面運料巷后期面臨近沖積層掘進(jìn)，由于南翼2#煤煤層松軟破碎且局部地段有淋水情況，施工過程中還要沿斷層邊緣采用托頂煤施工工藝，給安全掘進(jìn)施工帶來許多施工難題。

2.3 運輸環(huán)節(jié)影響因素

（1）大坡度機(jī)掘施工安全：根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況觀察，掘進(jìn)機(jī)截割時迎頭產(chǎn)生的煤、巖塊會隨時產(chǎn)生安全隱患。煤、巖塊對鏟板兩側(cè)清煤人員的安全威脅，必須采取措施降低迎頭煤、巖塊對清煤人員的傷害。同時掘進(jìn)機(jī)出煤是通過自身的刮板輸送機(jī)將煤運至掘進(jìn)機(jī)后與其連接的轉(zhuǎn)載皮帶，通過轉(zhuǎn)載皮帶將煤運至其后的80皮帶上再向外運輸。由于巷道坡度較大，刮板輸送機(jī)機(jī)頭到轉(zhuǎn)載皮帶轉(zhuǎn)載點、轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)頭至80皮帶機(jī)頭轉(zhuǎn)載點和轉(zhuǎn)載皮帶及80皮帶上都會出現(xiàn)煤、巖塊在皮帶上滾動、滑落的情況，隨時威脅著所有施工人員的安全，從而為現(xiàn)場施工人員帶來重大安全隱患。

（2）大坡度80皮帶的安全延長：掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)載皮帶后的80皮帶，是保證掘進(jìn)機(jī)截割期間進(jìn)行連續(xù)運輸?shù)闹匾画h(huán)，及時進(jìn)行間隔延長，才能使整個運輸系統(tǒng)不斷線。而坡度>18°則會出現(xiàn)皮帶機(jī)尾下滑力情況，當(dāng)千斤頂將機(jī)尾拖到某處后機(jī)尾會自動向下滑動，給延長機(jī)尾的施工人員及機(jī)尾以下施工人員帶來安全隱患，必須采取措施對皮帶機(jī)尾進(jìn)行固定以防其下滑。

3 重點環(huán)節(jié)影響因素措施

3.1 針對運料巷局部瓦斯涌出異常采取以下措施

完善瓦斯異常區(qū)的管理機(jī)制，成立以區(qū)長為首、機(jī)電副區(qū)長、包隊副區(qū)長等參加的瓦斯異常管理小組并明確責(zé)任分工。由于1622運料巷瓦斯異常無法滿足安全生產(chǎn)，根據(jù)生產(chǎn)需要，將1622運料巷ZJT-45/660SF型號的變頻開關(guān)配BKJ-2×15KW對旋局部通風(fēng)機(jī)，更換為ZJT-60/660型號的變頻開關(guān)配BKJ-2×30KW對旋局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，并將風(fēng)筒改為直徑為800mm的風(fēng)筒通風(fēng)，掘進(jìn)施工過程中由于巷道瓦斯異常，將工作面中間進(jìn)刀方式改為上行割煤方式，在后路運料巷與南翼二采運輸上山交叉口處安設(shè)瓦斯傳感器，由當(dāng)班瓦斯員負(fù)責(zé)觀測，當(dāng)后路瓦斯已達(dá)到臨界點，當(dāng)班皮帶司機(jī)必須立即停止皮帶運轉(zhuǎn)，掘進(jìn)機(jī)司機(jī)必須停止割煤，待瓦斯探頭讀數(shù)降到0.4%以下時方可正常作業(yè)。加強(qiáng)與有關(guān)職能科室的溝通與聯(lián)系，對工作面出現(xiàn)的瓦斯異常及時采取應(yīng)對措施。要求班組長必須與瓦斯員進(jìn)行溝通，交換瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)同時對瓦斯檢測設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控；值班人員要與通風(fēng)區(qū)瓦斯值班員聯(lián)系，確保風(fēng)機(jī)開關(guān)處于正常狀態(tài)。

3.2 針對近沖積層下大坡度沿空托頂煤施工影響因素采取以下措施

3.2.1 沿空掘巷施工工藝措施

（1）防止1621工作面采空區(qū)矸石及積水進(jìn)入巷道，研究決定在1622運料巷掘進(jìn)時采用留小煤柱沿空掘巷的方式，并根據(jù)煤層頂板及施工使用等實際情況計算得留設(shè)4m煤柱。

（2）在1621工作面回采完畢10個月，采空區(qū)頂板巖石活動穩(wěn)定后開始掘進(jìn)。

（3）由于巷道掘進(jìn)后與采空區(qū)間小煤柱受到嚴(yán)重破壞，對頂板支撐作用有限且巷道實際跨度和懸頂距離增加，巷道頂板壓力大兩幫變形嚴(yán)重采用幫錨索梁加固兩幫，錨索分別深入頂?shù)装寮訌?qiáng)支護(hù)質(zhì)量，并采用單體+十字頂梁+靠幫梁的形式控制巷道圍巖變形。

3.2.2 托頂煤施工工藝措施

（1）1622運料巷里段煤層厚度增大，采用托頂煤施工最大托頂煤厚度為4.5m，頂錨桿長度取2.2m，間排距800×800mm；幫錨桿長度取2m，間排距800×800mm，頂網(wǎng)均采用規(guī)格為1.2m×1m的金屬網(wǎng)配合1.1m×5.5m的幫網(wǎng)組成；錨索梁布置方式由設(shè)計三路五花布置（間距2.5m、排距1.2m）改為四路加密雙邁步布置，間距1.5m、排距1m，并要求錨索梁距迎頭最大不超過2m，兩幫幫錨桿及幫網(wǎng)距迎頭不大于2排。

（2）由于與1621運輸巷中間留設(shè)煤柱小的原因，造成巷道整體斷面出現(xiàn)幫鼓底鼓嚴(yán)重變形、局部地段頂板出現(xiàn)斷錨索等異常情況。我隊及時將工作面加固方式改為沿空留巷加固方式施工，即在錨網(wǎng)支護(hù)巷道原有的基礎(chǔ)上采用π型鋼加單體（一梁三柱）加米梁及靠幫梁配合幫錨索梁補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的聯(lián)合支護(hù)措施施工，并要求聯(lián)合支護(hù)距迎頭最大不超過20m，并要求兩幫單體凈間距不小于3.6m，保證皮帶及軌道運輸間隙，π型鋼與頂板間隙采用木料褙嚴(yán)褙實，施工時控制循環(huán)步距，采取一排一錨頂幫支護(hù)及時跟頭。頂板破碎、壓力大時及時加密錨索，確保頂板支護(hù)強(qiáng)度。

（3）施工過程中巷道截割方式由上行割煤方式改為下行割煤方式施工，即先將巷道底板臥平臥順后，再從中間向兩端依次割至底板，上端要預(yù)留1m左右煤壁，待巷中以下煤壁截割完畢后再緩慢截割上端煤壁。待割完一排后及時安排人員打頂錨桿并上網(wǎng)，待一排頂錨桿施工完畢后，安排人員對本排頂錨桿進(jìn)行二次預(yù)緊，各班掘進(jìn)施工時只要能施工錨索當(dāng)班必須及時補(bǔ)打，待錨索施工完后及時將錨索梁漲拉到位，保證各班錨索始終緊跟迎頭。

3.2.3 大坡度機(jī)掘施工工藝措施

（1）大坡度爬坡施工措施：大坡度爬坡的基本思路為：1622運料巷里段局部坡度達(dá)到30°，由于EBZ-135型掘進(jìn)機(jī)的最大爬坡能力為16°，施工過程中通過模仿人員上山走臺階的道理，人為給掘進(jìn)機(jī)制造“臺階”，使EBZ-135型掘進(jìn)機(jī)爬坡能力由設(shè)計的±16度，提高到了30度，順利實現(xiàn)我隊“臺階式”大坡度機(jī)掘施工工藝，為該面能夠順利實現(xiàn)圈掘發(fā)揮了重要作用。

（2）強(qiáng)化履帶下的支墊施工措施：針對每班施工過程中，掘進(jìn)機(jī)履帶的支墊為掘進(jìn)機(jī)能否爬坡的關(guān)鍵，要求每側(cè)履帶配2人共4人專門負(fù)責(zé)履帶和后支撐的支墊。支墊施工的順序為：支墊左右后支撐→打起左右后支撐→支墊左右履帶→放下左右后支撐→支墊左右后支撐。直到履帶的坡度為16度掘進(jìn)機(jī)可以向前行走。施工過程中由于掘進(jìn)機(jī)炮頭臥底巷道凈高增加，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)履帶通過后要及時將掘進(jìn)機(jī)兩側(cè)的浮煤填于機(jī)身后，保證巷道凈高符合設(shè)計要求。支墊人員與司機(jī)必須相互喊話配合，同時為預(yù)防事故發(fā)生，當(dāng)班的班組長必須現(xiàn)場指揮并負(fù)責(zé)觀察掘進(jìn)機(jī)的行進(jìn)情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時必須及時示警撤人。

4 近沖積層掘進(jìn)施工措施

1622工作面運料巷里段沿15m沖積層煤柱線掘進(jìn)，局部地段頂壓力較大有淋水給施工帶來較大困難，有淋水時施工錨桿錨索必須使用防水藥卷保證錨桿錨索錨固力，頂板破碎壓力大時加密錨索布置并施工單體配π型鋼加固頂板。并建立專門的頂板應(yīng)急管理機(jī)制，各班班組長負(fù)責(zé)對重點地段進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)重大隱患現(xiàn)場由跟班人員負(fù)責(zé)監(jiān)督整改落實，確保保證頂板支護(hù)強(qiáng)度防止出現(xiàn)頂板事故。

5 結(jié)束語

5.1 社會效益

通過不斷優(yōu)化沿空掘巷及沖積層煤頂下托頂煤大坡度機(jī)掘施工工藝施工該工作面，不僅提高了該工作面的煤炭回收率，而且保證了我隊安全快速掘進(jìn)施工，取得了較好的施工效果，首次開創(chuàng)了我礦首個“極復(fù)雜條件下沿空托頂煤大坡度機(jī)掘施工工藝”項目研究與實踐應(yīng)用，并且安全高效完成了葛泉礦首個綜放工作面的圈掘，積累了在近沖積層地段實現(xiàn)安全托頂煤掘進(jìn)的寶貴經(jīng)驗，該工藝基本適應(yīng)礦井煤層賦存厚的大部分地質(zhì)情況，為今后綜放工作面布置施工工藝提供了依據(jù)及經(jīng)驗。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

1622掘進(jìn)工作面創(chuàng)造的效益計算如下：

（1）優(yōu)化托頂煤支護(hù)設(shè)計，1622工作面兩巷托頂煤長度按900m計算，可節(jié)約材料費用26100元。

（2）通過采用大坡度機(jī)掘施工工藝施工該工作面，節(jié)省人工費360000元。

（3）通過采用托頂煤施工工作面兩巷，多圈原煤產(chǎn)量10萬噸，按每噸350元/噸計算，直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)3500萬元。

（4）通過優(yōu)化1622極復(fù)雜條件下掘進(jìn)工藝共節(jié)約資金和增加效益為3538.61萬元。

作者簡介：王飛（1986-），男，河北邢臺人，助理工程師。