掘進工作面綜掘機拐彎施工技術研究與應用

郭順亮

(霍州煤電集團 李雅莊煤礦，山西 霍州 031400)

隨著煤礦采掘裝備不斷升級，安全管理水平不斷提高，施工工藝及裝備向機械化、自動化、智能化、信息化、減人員、減頭面方向發(fā)展，開掘巷道已實現(xiàn)綜合機械化掘進，回采巷道切巷拐彎、準備巷道聯(lián)巷施工也基本實現(xiàn)綜合機械化掘進。本文結合霍州煤電集團李雅莊煤礦巷道拐彎實踐，對巷道拐彎設計、施工工藝選擇、綜掘機拐彎施工效果等進行了分析。

1 巷道拐彎半徑的選擇

在巷道設計時根據(jù)“一巷多用、便于施工、節(jié)約高效”的設計理念，在保證通風、瓦斯抽采、防排水、運輸、供電等系統(tǒng)構建需要的前提下盡可能降低施工難度。例如：準備巷道之間的聯(lián)巷可以考慮斜聯(lián)巷。根據(jù)巷道用途和所使用綜掘機性能合理選擇拐彎曲率半徑。

1.1 巷道綜掘機拐彎最小半徑的選擇

設巷道拐彎角度為∠a，綜掘機長度L，寬度w，巷道寬度m=聯(lián)巷寬度n，依據(jù)圓和等腰三角形的特性，則∠b=1/2∠a，∠BAO=∠BCO=∠EGO=∠EHO=90°，OA=OC=OD=r(拐彎半徑)，利用直角ΔEGO求巷道拐彎半徑(圖1)：

r=(cosb·w+cosb·L/2·tanb-m)/(1-cosb)

(1)

該拐彎半徑作為滿足綜掘機拐彎施工的最小半徑值。

圖1 巷道拐彎最小曲率計算示意圖

1.2 巷道綜掘機拐彎三角區(qū)擴刷長度的計算

由圖1可知，三角區(qū)擴刷長度：

AB=BC=tanb·r

(2)

為了便于計算，設已掘巷道和待拐彎施工巷道寬度相同，若待拐彎巷道寬于已掘巷道，可適當減小拐彎計算半徑；若待拐彎巷道窄于已掘巷道，可適當擴大拐彎計算半徑，以保證綜掘機能夠順利拐彎。

李雅莊煤礦現(xiàn)用綜掘機尺寸見表1. 由表1可以看出，該礦現(xiàn)用的各類型綜掘機寬度相同，因此，限制綜掘拐彎半徑的因素主要是綜掘機長度。

表1 李雅莊煤礦現(xiàn)用各種綜掘機尺寸表

2 45°及以下綜掘機拐彎施工技術應用

2.1 工程實例

李雅莊煤礦八采區(qū)皮帶一聯(lián)巷作為皮帶巷與回風巷之間的聯(lián)絡巷道，拐彎角度設計為44°，八采區(qū)皮帶巷寬5.0 m、巷高4.3 m，聯(lián)巷巷寬5.2 m、巷高4.3 m，均為直墻半圓拱形斷面，巷道坡度0°，采用錨網(wǎng)梁索聯(lián)合支護，使用一臺徐工集團的EBZ-260型綜掘機掘進拐彎施工，出渣方式為：綜掘機→后配套皮帶→巷道皮帶。

2.2 拐彎施工工藝

1) 巷道拐彎半徑及三角區(qū)擴刷長度的選擇。

a) 依據(jù)式(1)和表1提供的數(shù)據(jù)以及巷道設計基本參數(shù)計算確定：綜掘機拐彎的最小半徑r不得小于7.53 m，考慮聯(lián)巷稍寬于原巷道，取r=7.8 m.

b) 依據(jù)式(2)計算得：三角區(qū)擴刷長度不小于3.15 m，取AB=BC=3.2 m.

2) 巷道拐彎施工工藝流程。

計算確定拐彎半徑并設計→按設計要求“兩巷并一巷”施工巷道交叉三角區(qū)→八采區(qū)皮帶巷掘進到位后封迎頭停掘→退綜掘機拐彎施工聯(lián)巷、順原巷道延長皮帶→皮帶機尾拉至封迎頭處安裝一部40T刮板輸送機斜搭接，后配套皮帶吊掛在頂板單軌吊梁上移動出渣→聯(lián)巷施工結束后退綜掘機恢復原巷道掘進。

3) 巷道拐彎施工相關要求及注意事項。

a) 聯(lián)巷設計前，必須綜合考慮巷道用途、通風、運輸、供電、防排水系統(tǒng)構建需要及綜掘機拐彎半徑要求合理確定巷道拐彎半徑和三角區(qū)擴刷長度。

b) 八采區(qū)皮帶巷施工至三角區(qū)擴刷位置后，根據(jù)綜掘機截割能力和設計拐彎半徑“兩巷并一巷”施工巷道交叉三角區(qū)一次成巷，直至聯(lián)巷斷面徹底留出后對原巷道封迎頭開口施工皮帶一聯(lián)巷。

c) 巷道三角區(qū)施工期間必須提前根據(jù)拐彎半徑確定巷道兩側(cè)中線，并嚴格按設計施工，保證拐彎曲線美觀且符合設計要求。此區(qū)段施工巷道斷面大，采用分兩次截割，截割一半支護一半再截割另一半的方式進行掘進，確保頂板管理安全。

d) 聯(lián)巷開口施工期間根據(jù)實際需要調(diào)整原巷道皮帶機尾位置及縮短綜掘機后配套皮帶長度，便于出渣。

八采區(qū)皮帶一聯(lián)巷拐彎施工順序及進度平面示意圖見圖2.

2.3 評價

該種施工順序及工藝適用于拐彎角度在45°以下的巷道拐彎。巷道拐彎角度越小，越容易施工，不需要增加更多的運輸設備，只要根據(jù)需要對原巷道皮帶機尾和綜掘機后配套皮帶位置及長度進行調(diào)整就可以順利出渣，從而實現(xiàn)快速掘進。

圖2 八采區(qū)皮帶一聯(lián)巷施工順序及進度平面示意圖

3 45°～90°綜掘機拐彎施工技術應用

3.1 工程實例

李雅莊煤礦八采區(qū)軌道二聯(lián)巷作為軌道巷與回風巷之間的聯(lián)絡巷道，巷道拐彎角度設計為60°，八采區(qū)軌道巷寬5.0 m、巷高4.3 m，聯(lián)巷巷寬5.0 m、巷高4.3 m，均為直墻半圓拱形斷面，巷道坡度-2°，采用錨網(wǎng)梁索聯(lián)合支護，使用一臺徐工集團的EBZ-260型綜掘機掘進拐彎施工，出渣方式為：綜掘機→后配套皮帶→巷道皮帶。

3.2 拐彎施工工藝

1) 巷道拐彎半徑及三角區(qū)擴刷長度的選擇。

a) 依據(jù)式(1)和表1提供的數(shù)據(jù)以及巷道設計基本參數(shù)計算確定：綜掘機拐彎的最小半徑r不得小于7.97 m，取r=8.0 m.

b) 依據(jù)式(2)計算得，三角區(qū)擴刷長度不小于4.62 m，取AB=BC=4.8 m.

2) 巷道拐彎施工工藝流程。

計算確定拐彎半徑并設計→按設計要求提前預留聯(lián)巷開口位置→八采區(qū)軌道巷掘進到位后封迎頭停掘→退綜掘機拐彎施工聯(lián)巷、順原巷道安裝一部40T刮板輸送機、拆除綜掘機后配套皮帶→(綜掘機徹底進入聯(lián)巷后)拆40T刮板輸送機，將皮帶機尾移至封迎頭處在聯(lián)巷安裝一部40T刮板輸送機斜搭接，后配套皮帶吊掛在頂板單軌吊梁上移動出渣→聯(lián)巷施工結束后退綜掘機恢復原巷道掘進。

3) 巷道拐彎施工相關要求及注意事項。

a) 聯(lián)巷設計前，必須綜合考慮巷道用途、通風、運輸、供電、防排水系統(tǒng)構建需要及綜掘機拐彎半徑要求合理確定巷道拐彎半徑和三角區(qū)擴刷長度。

b) 為減少支護材料投入并確保安全，八采區(qū)軌道巷施工至三角區(qū)擴刷位置后，聯(lián)巷開口側(cè)幫部根據(jù)需要掛網(wǎng)間隔施工錨桿，對幫部進行簡易支護，直至聯(lián)巷口全部留出后對原巷道封迎頭，退機開口施工軌道二聯(lián)巷。

c) 巷道三角區(qū)弧線段施工期間必須提前根據(jù)拐彎半徑確定中線尺寸，并嚴格按設計施工，保證拐彎曲線美觀且符合設計要求。

d) 聯(lián)巷開口施工期間根據(jù)實際需要調(diào)整原巷道皮帶機尾、40T刮板輸送機位置及縮短綜掘機后配套皮帶長度，便于出渣。綜掘機的管線必須專人看護，退機時專人觀察，防止壓到40T刮板輸送機。

八采區(qū)軌道二聯(lián)巷拐彎施工順序及進度平面示意圖見圖3.

圖3 八采區(qū)軌道二聯(lián)巷施工順序及進度平面示意圖

3.3 評價

該施工順序及工藝適用于拐彎角度在45°～90°的巷道拐彎。隨著巷道拐彎角度的增大，施工難度增加，巷道拐彎初期需要在綜掘機后順巷道鋪設一部40T刮板輸送機，隨著拐彎巷道的掘進，調(diào)整刮板輸送機位置及方向，緩解搭接點的搭接角度，便于出渣調(diào)整，直到綜掘機進入拐彎巷道且綜掘機后可以順拐彎巷道安裝刮板輸送機后才能實現(xiàn)出渣系統(tǒng)正?；?。

4 90°綜掘機拐彎施工技術應用

4.1 工程實例

李雅莊煤礦2-611切巷作為2-611綜采工作面圈定的重要一步，巷道拐彎施工進度直接影響采面交替的采掘銜接進度。巷道設計在2-6112巷掘進到位后拐彎90°施工切巷，2-6112巷寬5.0 m、巷高3.9 m，2-611切巷巷寬5.0 m、巷高3.9 m，切巷擴刷后巷寬7.2 m，采用錨網(wǎng)梁索聯(lián)合支護，使用一臺中煤科工生產(chǎn)的EBZ-300Y型綜掘機掘進拐彎施工，出渣方式為：綜掘機→后配套皮帶→巷道皮帶。

4.2 拐彎施工工藝

1) 巷道拐彎半徑及三角區(qū)擴刷長度的選擇。

a) 依據(jù)式(1)和表1提供的數(shù)據(jù)以及巷道設計基本參數(shù)計算確定：綜掘機拐彎的最小半徑r不得小于8.52 m，取r=8.6 m.

b) 依據(jù)式(2)計算得，三角區(qū)擴刷長度不小于8.52 m，取AB=BC=8.6 m.

2) 巷道拐彎施工工藝流程。

計算確定拐彎半徑并設計→按設計要求提前預留切巷開口位置→2-6112巷掘進到位后封迎頭停掘→退綜掘機拐彎施工切巷、順2-6112巷道安裝一部40T刮板輸送機，隨著切巷掘進逐步縮短至拆除綜掘機后配套皮帶→(綜掘機徹底進入切巷后)拆40T刮板輸送機，將皮帶機尾移至封迎頭處在切巷安裝一部40T刮板輸送機垂直搭接，后配套皮帶吊掛在頂板單軌吊梁上移動出渣→切巷掘進具備安裝皮帶條件后將切巷刮板輸送機更換成皮帶出渣。

3) 巷道拐彎施工相關要求及注意事項。

a) 切巷設計前，必須綜合考慮巷道用途、通風、綜采工作面安裝支架運輸、供電、防排水系統(tǒng)構建需要及綜掘機拐彎半徑要求合理確定巷道拐彎半徑和三角區(qū)擴刷長度。

b) 為減少支護材料投入并確保安全，2-6112巷施工至三角區(qū)擴刷位置后，切巷開口側(cè)幫部根據(jù)需要掛網(wǎng)間隔施工錨桿，對幫部進行簡易支護，直至切巷口全部留出后對2-6112巷封迎頭，退機開口施工2-611切巷。

c) 巷道三角區(qū)弧線段施工期間必須提前根據(jù)拐彎半徑確定中線尺寸，并嚴格按設計施工，保證拐彎曲線美觀且符合設計要求。鑒于切巷貫通后將進行切巷擴刷工程，可以將切巷開口前8～10 m按切巷擴刷后的寬度7.2 m進行施工，擴大拐彎區(qū)域空間，便于綜掘機順利拐彎。

d) 切巷開口施工期間根據(jù)實際需要調(diào)整原巷道皮帶機尾、40T刮板輸送機位置及縮短綜掘機后配套皮帶長度，便于出渣。綜掘機的管線必須專人看護，退機時專人觀察，防止壓到40T刮板輸送機。

e) 綜掘機拐彎后需根據(jù)頂板情況及時在切巷大斷面區(qū)域施工點柱和頂板離層儀，加強頂板巡查監(jiān)測，確保頂板管理安全。

2-611切巷拐彎施工順序及進度平面示意圖見圖4.

圖4 2-611切巷拐彎施工順序及進度平面示意圖

4.3 評價

該施工順序及工藝適用于拐彎角度為90°的巷道拐彎。隨著巷道拐彎角度的增大，施工難度增加，巷道拐彎初期需要在綜掘機后順巷道鋪設一部40T刮板輸送機，隨著切巷的掘進調(diào)整刮板輸送機方向并逐步縮短至拆除綜掘機后配套皮帶，緩解搭接點的搭接角度，便于出渣調(diào)整，直到綜掘機進入拐彎巷道且綜掘機后可以順切巷安裝刮板輸送機后才能實現(xiàn)出渣系統(tǒng)正常化。

5 結 語

隨著炮掘施工工藝逐步被替代，開掘巷道綜合機械化開口、掘進、拐彎施工越來越多。巷道拐彎角度越大，綜掘機拐彎施工難度越大，為了保證巷道綜掘拐彎施工安全順利進行，在設計時必須綜合考慮巷道用途，通風、供排水、運輸、供電等需要，結合礦井現(xiàn)有的掘進裝備尺寸及能力等因素合理確定巷道拐彎角度、拐彎半徑，施工期間根據(jù)需要合理對出渣運輸系統(tǒng)進行形式、位置的調(diào)整，最大限度地緩解搭接點偏斜角度，只有保證正常的出渣運輸系統(tǒng)，減小出渣難度，才能最大限度地實現(xiàn)正規(guī)循環(huán)生產(chǎn)組織，降低工人的勞動強度，實現(xiàn)快速安全掘進。