綜采工作面切眼采煤機擴削工藝實踐

熊輝榮，黃斯保，楊建平，涂金輝

（江西豐礦集團有限公司 尚莊煤礦，江西 豐城 331143）

1 概述

江西煤業(yè)集團有限責任公司尚莊煤礦（以下簡稱尚莊煤礦）于1958年建井，1968年建成投產(chǎn)，設計年生產(chǎn)能力為0.21 Mt，1980年核定生產(chǎn)能力為0.30 Mt/a，2009年核定生產(chǎn)能力為0.45 Mt/a，后因國家政策，2017年，重新確認生產(chǎn)能力為0.36 Mt/a。2017年評為安全生產(chǎn)標準化二級煤礦。尚莊煤礦2008年開始采用綜合機械化采煤，2011年全部實現(xiàn)綜合機械化采煤。2017年全礦生產(chǎn)原煤0.3519 Mt。

尚莊煤礦為煤與瓦斯突出礦井，采用走向長壁區(qū)內后退式，采空區(qū)全部冒落采煤法，回采工作面采用綜合機械化采煤、液壓支架支護，采煤機割煤，刮板輸送機運輸，順槽采用橋式轉載機和膠帶輸送機運輸。

706綜采工面位于尚莊煤礦-650 m水平東Ⅲ采區(qū)西翼，該工作面東面為706切眼、西面為邊界上山、北面為7061回風巷、南面為7062順槽；工作面開采煤層為B4煤層，該面煤層賦存相對穩(wěn)定，地質構造簡單，工作面傾斜長度110 m，工作面走向長度587 m，可采儲量0.2777 Mt。煤層厚度2.0～3.7 m即上分層厚：0.8～1.3 m左右，下分層厚：0.4～1.8 m，中間夾矸厚0～0.8 m，夾矸大多為炭質頁巖，煤層平均總厚度3.2 m左右。煤層傾角13°左右，走向N70°～85°E，傾向SW，該工作面埋藏深度為-467.0 m～438.8 m。煤層直接頂為深灰色炭染砂質頁巖具有菱鐵礦結核，厚度4.8 m，老頂為暗灰色細砂巖與炭染砂巖，層面含云母，厚度5.0 m，直接底為淺灰色團塊狀粘土巖，遇水易膨脹，產(chǎn)大量植物化石，厚度1.2～3.5 m，老底為灰至深灰色薄層狀細砂巖，上部具鮞狀結構，含凌鐵礦結核，下部產(chǎn)植物化石漸具炭染。厚度5.1 m。

根據(jù)目前技術裝備水平和工作面的地質條件，706綜采工作面采用綜采工藝，工作面擬安裝一部MG160/380-WDK型電牽引型搖臂式雙滾筒采煤機、一部SGZ630/264型刮板輸送機和ZY3200-17/36型液壓支架73架：順槽安裝一部SZD630/110型橋式轉載機和一部SD2-150型膠帶輸送機及移動變電列車。

工作面順槽、回風巷、切眼均沿煤層頂板布置，梯形斷面，凈斷面積為10.14 m2，上凈寬3.6 m、下凈寬4.2 m，巷道中線處凈高2.6 m；采用錨網(wǎng)錨桿（索）支護。

尚莊煤礦綜采切眼一直以來采取先掘后擴即二次成巷工藝，第一階段炮掘掘進巷道規(guī)格為：巷道上凈寬3.6 m，下凈寬4.2 m，凈高2.6 m的小斷面，錨桿+梯子梁+金屬網(wǎng)+錨索支護，待切眼貫通、與順槽和回風巷形成系統(tǒng)后，在切眼的兩幫及中線靠膠帶輸送機或刮板輸送機側采用液壓支柱與11#礦工鋼各榴一列樹，然后在切眼釘軌道，先期運輸20～30 m架工作面液壓支架到切眼靠老塘側支護好頂板后，液壓支架方向與切眼傾斜方向一致，再對開采側進行第二階段擴削，擴削時采用炮掘，利用煤掘期間的膠帶輸送機運輸，使斷面達到設計要求，第二階段需擴削寬度為2.4 m，擴削后巷道規(guī)格為凈寬5.8～6.0 m，凈高2.6 m，支護與第一階段相同的基礎上，再在開幫側榴一列樹，切眼擴削分多個口子，每個口子相隔20～30 m，每小班一個口子削3 m，三個口共計9 m，每天27 m，需5～7天時間。該工藝存在勞動強度大，作業(yè)環(huán)境條件差，安全性差，為緩解采掘接替失調矛盾，減輕勞動強度，加快推進現(xiàn)代化高產(chǎn)高效礦井步伐，創(chuàng)造良好的安全條件，尚莊煤礦根據(jù)井下綜采工作面切眼現(xiàn)有條件和實際情況，決定采用采煤機擴削工作面切眼。

2 施工工藝

2.1 采煤機擴削綜采工作面切眼工藝

尚莊煤礦采用采煤機擴削綜采切眼工藝，主要包括以下步驟：

（1）安裝綜采工作面乳化泵站和輔助絞車運輸并在回風巷和切眼釘?shù)?，形成軌道運輸系統(tǒng)；

（2）安裝順槽轉載機、膠帶輸送機及移動變電列車，同時安裝工作面兩道的供風、供水等形成主要生產(chǎn)系統(tǒng)；

（3）切眼安裝綜采工作面刮板輸送機、刮板輸送機安裝調試好后在機頭位置安裝采煤機。綜采工作面刮板輸送機安裝時必須定好機頭位置，確保液壓支架安裝時能與刮板輸送機穩(wěn)合，同時在切眼中線靠刮板輸送機0.2 m處采用DZ28型液壓支柱與11#礦工鋼各榴一列樹；切眼擴削支護所需的單體液壓支護、11#礦工鋼和錨桿運輸?shù)轿唬?/p>

（4）自機頭向機尾方向下掉開采側的幫錨桿托盤及錨網(wǎng)，并拆除切眼下段30 m的軌道后，采煤機自機頭向機尾方向割開幫側煤壁，控制擴削部分的高度在2.6 m左右，頂?shù)装迮c原切眼頂?shù)装灞３制秸?，擴削割煤時每30 m一段，截深0.6 m，割煤后由機頭向機尾方向推移刮板輸送機，然后用3.0 m長的11#礦工鋼配合單體液壓支柱垂直于切眼以架棚方式由機頭向機尾跟機臨時支護，棚距0.5 m，頂板不平處用木料接實；

（5）擴第二刀和第三刀時，11#礦工字鋼交替邁步前移進行支護，步距0.6 m，擴削寬度在1.4 m左右，確保擴削后寬度在5.0～5.2 m，即形成了垂直切眼方向橫跨工作面刮板輸送機在煤壁側支護一棵單體液壓支柱（貼幫柱），在刮板輸送機擋煤板側支設兩棵單體液壓支柱的工字鋼棚；

（6）自機頭向機尾方向及時施工頂錨桿支護即錨桿+金屬菱形網(wǎng)+梯子梁支護，拆除工字鋼棚支護，施工完錨桿后，繼續(xù)用采煤機割煤，同時，開始從切眼上端下放液壓支架到距機頭20～30 m處，然后用慢速絞車下拖至安裝點，連接好液壓系統(tǒng)，液壓支架升起，利用液壓支架的平衡缸來調節(jié)支架的長度，作到液壓支架的長度最小化，利于支架安裝。綜采工作面液壓支架從機頭向機尾依次安裝，采煤機擴削與安裝液壓支架同時進行，但必須確保擴削點與液壓支架安裝地點之間距離不小于20 m。液壓支架安裝至一定位置時，切眼軌道逐步向上拆除，如此循環(huán)，直到切眼液壓支架安裝完成。工作面回撤出的工字鋼和單體液壓支柱轉運兩巷進行超前榴樹；

（7）全部工程完成，進行聯(lián)合試運轉，精細化創(chuàng)建安全生產(chǎn)標準綜采工作面。

2.2 切眼支護工藝

依照 《豐城礦務局關于加強井巷工程錨桿（索）錨噴支護技術管理的通知》規(guī)定，根據(jù)懸吊理論、組合拱理論、松動圈理論，經(jīng)過計算，按照工程類比法和尚莊煤礦的實踐經(jīng)驗，掘進巷道支護采用錨桿+金屬菱形網(wǎng)+梯子梁+錨索聯(lián)合支護。錨桿布置為方形，間距0.6 m、排距為0.7 m，錨桿使用長2300mm、直徑20mm的等強右旋T形全程外螺紋鋼錨桿，錨索布置為“口”字形，平行于巷道中線的列距3.0 m(距中線各1.5 m)，垂直于巷道方向的列距為1.4 m；錨索采用Φ17.8mm 1860級鋼絞線，規(guī)格1mm×7mm×17.8mm（7股），錨索托梁采用18#槽鋼，槽鋼長度1.8 m，分三孔均勻布置錨索眼，錨索眼開孔直徑為20mm，錨索眼距為0.7 m(兩端錨索眼距槽鋼端邊為0.2 m)，梯子梁采用10mm的A3圓鋼制作，網(wǎng)使用12#鐵絲機編菱形網(wǎng)，網(wǎng)目40mm。錨桿角度：頂錨桿垂直頂板，靠近頂角的錨桿與鉛垂偏幫20°夾角，頂板錨桿錨固力不小于120 kN，頂錨桿螺母扭矩不小于300 N·m，錨索錨固力不小于200 kN，錨索預緊力不小于180 kN，錨桿外露長度10～40mm。錨索露出鎖具外長度150～250mm。

綜采切眼一直以來采取先掘后擴方式，切眼擴削后采用錨桿+金屬菱形網(wǎng)+梯子梁+錨索聯(lián)合支護頂板，根據(jù)煤壁情況采取在煤壁上部施工1或2排幫錨桿護幫。

本次切眼擴削施工采取采煤機截割落煤，截割后及時用11#礦工鋼梁和單體液壓支柱按一梁三柱垂直切眼方向橫跨工作面刮板輸送機在煤壁側支護一棵單體液壓支柱（貼幫柱）、在刮板輸送機擋煤板側支設兩棵單體液壓支柱的工字鋼棚，棚距：0.5 m ，然后在工字鋼棚之間施工頂錨桿（不施工幫錨桿），采用錨桿+金屬菱形網(wǎng)+梯子梁支護，同時撤出工字鋼棚支護。切眼擴削后錨桿施工與原切眼掘進錨桿同排，錨桿間、排距：0.7 m×0.7 m，切眼擴削后支護質量要求與掘進質量等同。

3 應用效果分析

3.1 一次性掘進大斷面切眼

（1）綜采切眼安裝液壓支架的斷面。在工作面切眼掘進時，采取一次性掘出寬6 m、凈高2.6 m的綜采工作面切眼安裝所需的大斷面，凈斷面積15.6 m2：每米消耗支護材料：錨桿28.57根、錨索7.14根，錨索托梁2.38塊/m。

（2）存在問題。此方法存在掘進速度慢，掘進過程中危險度比較大，且需待工作面掘進完成后進行安裝，掘進后與切眼安裝之間時間較長，巷道易發(fā)生變形、損壞，需加強支護和再次進行維修，成本大，費用增加。

3.2 人工爆破擴削切眼

（1）綜采切眼安裝支架需要的寬度較大，為便于施工與有利于安全，尚莊煤礦常規(guī)采取先掘后擴即二次成巷工藝，第一階段炮掘掘進巷道規(guī)格為：巷道上凈寬3.6 m，下凈寬4.2 m，凈高2.6 m的小斷面，錨桿+梯子梁+金屬網(wǎng)+錨索支護，每米消耗：錨桿22.86根、錨索5.71根，錨索托梁4.29塊，待切眼貫通、與順槽和回風巷形成系統(tǒng)后，在切眼的兩幫及中線靠膠帶輸送機或刮板輸送機側采用液壓支柱與11#礦工鋼各榴一列樹，然后在切眼釘軌道，先期運輸20～30 m架工作面液壓支架到切眼靠老塘側支護好頂板后，液壓支架方向與切眼傾斜方向一致，再對開采側進行第二階段擴削，擴削時采用炮掘，利用煤掘期間的膠帶輸送機運輸，使斷面達到設計要求，第二階段需擴削寬度為2.4 m，擴削后巷道規(guī)格為凈寬5.8～6.0 m，凈高2.6 m，支護與第一階段相同的基礎上，再在開幫側榴一列樹，擴削后每米消耗支護材料：錨桿22.86根、錨索5.71根，錨索托梁4.29塊，切眼擴削分多個口子，每個口子相隔20～30 m，每小班一個口子削3 m，三個口共計9 m，每天27 m，需5～7天時間，每班作業(yè)人員40人，計120人/天，共計600人次。液壓支架安裝按3架/班，每班10人，計30人/天，計9架/天，需8天安裝完成，共計300人次。

（2）存在問題。此方法存在擴削時需形成運輸系統(tǒng)，擴削完成后需拆除切眼的原運輸系統(tǒng)，且需等擴削后再安裝工作面的刮板輸送機和液壓支架，時間相對較長，需加強支護，工期長、投入的人力、物力較多。

3.3 采煤機擴削切眼

（1）應用采煤機擴削綜采切眼工藝，對頂板及圍巖的震動、破壞小，巷道頂、幫平整，變形小，采面?zhèn)炔挥么驇湾^，頂板不需錨索加強支護，只需錨桿支護即可，施工錨桿405根。

（2）在現(xiàn)場采煤機割煤時，割出30 m左右以后，一般安排2～3人打錨桿，工作面全部作業(yè)人員需只12人/班，安裝綜采支架每班12人。

（3）采煤機擴削與液壓支架安裝同時作業(yè)，擴削安裝工期11天全部完成。

（4）存在問題

a、在采煤機在擴削前，需對采面?zhèn)冉饘馘^桿和金屬網(wǎng)支護進行拆網(wǎng)和下錨桿托盤，

b、采煤機在割煤過程中，產(chǎn)生的廢舊錨桿，金屬網(wǎng)等必須停機撿出，防止錨桿斷裂、彎曲，磨損截齒，對采煤機截齒損傷和對人造成傷害，如斷錨桿、網(wǎng)落入刮輸送機內影響運輸安全，對安全不利。

根據(jù)以上三種方法比較，綜采切眼采用采煤機擴削工藝取得了顯著的社會經(jīng)濟效益，主要為：

a、采用采煤機擴削工藝，對頂板及圍巖的震動、破壞小，巷道頂、幫平整，變形小有利于頂板控制；

b、支護形式及支護效率更佳。常規(guī)人工爆破擴削前采用錨桿錨索與榴樹聯(lián)合支護，現(xiàn)采用采煤機擴削，擴削后可以馬上安裝綜采支架，采面跨度小，圍巖暴露時間短，采面?zhèn)炔挥么驇湾^，只需采用錨桿支護即可，減少錨桿投入410根、錨索381索，錨索托梁127塊，梯子梁和網(wǎng)各110 m，即減少材料消耗11萬元；對后期開采的頂板垮落更有利、更安全，免去了采空區(qū)不來頂?shù)膯栴}。

c、避免了作業(yè)人員多帶來的不安全因素，有利于安全生產(chǎn)。原常規(guī)人工爆破擴削，需多個口子多個單位同時擴削作業(yè)，每班40人左右，相互影響大，且不安全，現(xiàn)只需采煤二隊和巷修隊兩個單位作業(yè)，每班作業(yè)人員12人，用工數(shù)量減小360人次，減少工資成本7.7萬元。且多出的人員可去做其它工作。

d、采煤機擴削與液壓支架安裝同時作業(yè)，工期縮短一半。有效緩解了礦井生產(chǎn)接續(xù)緊張的局面。

4 結語

采煤機擴削綜采切眼工藝在尚莊煤礦的成功應用，大大降低了支護材料成本，減少支護材料消耗11萬，提高了綜采切眼擴削和安裝工程的綜合工效，并實現(xiàn)了工作面安全快速安裝，取得了顯著的技術經(jīng)濟效益和社會效益，但在采煤機在擴削過程截割煤體時，因巷幫采用金屬錨桿和金屬網(wǎng)支護，需提前拆網(wǎng)和下錨桿托盤，且采煤機在割煤過程中，廢舊錨桿、網(wǎng)對采煤機截齒損傷較大，易對人造成傷害，如斷錨桿、網(wǎng)落入刮輸送機內影響運輸安全，對安全不利，有待改進，建議在掘進切眼時，在確保支護效果達到要求情況下，采用玻璃纖維錨桿和網(wǎng)支護煤壁。減小對采煤機和人員的損傷。