連續(xù)掘進(jìn)機(jī)大斷面開(kāi)切眼快速掘進(jìn)技術(shù)

劉榮

摘? ? 要：隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，我國(guó)煤礦生產(chǎn)逐漸向機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化方向的發(fā)展，一批技術(shù)含量高、可連續(xù)高效作業(yè)的工作面煤炭采收設(shè)備得以廣泛應(yīng)用，工作面煤炭生產(chǎn)效率因此逐年提升。

關(guān)鍵詞：連續(xù)掘進(jìn)機(jī);大斷面開(kāi)切眼;快速掘進(jìn)技術(shù)

1? 引言

眾所周知，在以往的大斷面巷道掘進(jìn)工作中，其關(guān)鍵性工序可分為打眼作業(yè)、出矸作業(yè)以及支護(hù)作業(yè)，這三個(gè)工序幾乎同時(shí)進(jìn)行，但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于人員、空間及時(shí)間條件的影響，這三者之間已發(fā)展成為一種互相制約與互相聯(lián)系的關(guān)系。當(dāng)前人員、時(shí)間以及空間條件這些影響因素間的不協(xié)調(diào)，已經(jīng)嚴(yán)重制約了礦井巷道的掘進(jìn)速度，對(duì)此，必須學(xué)會(huì)科學(xué)、合理地調(diào)配這三者的關(guān)系，從礦井實(shí)際情況出發(fā)，重視引進(jìn)綜合一體化掘進(jìn)技術(shù)，采用現(xiàn)代化的綜合機(jī)械化掘進(jìn)方式來(lái)進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，以顯著提高巷道掘進(jìn)速度。

2? 綜合機(jī)械化掘進(jìn)及支護(hù)工序

2.1? 掘進(jìn)機(jī)的選擇

在選擇掘進(jìn)機(jī)時(shí)，首先，應(yīng)從礦井的實(shí)際地質(zhì)情況出發(fā)，并充分結(jié)合巷道斷面設(shè)計(jì)情況、施工要求等將所需掘進(jìn)機(jī)的外形情況、結(jié)構(gòu)情況以及重量大小等參數(shù)都大致確定出來(lái);其次，應(yīng)基于煤巖硬度大小、粘結(jié)性大小以及節(jié)理構(gòu)造情況來(lái)重點(diǎn)選擇掘進(jìn)機(jī)截割頭的結(jié)構(gòu)與功率大小。選好掘進(jìn)機(jī)后，在后期日常生產(chǎn)作業(yè)中，為使其效能得到充分發(fā)揮，還應(yīng)以礦井實(shí)際情況為基礎(chǔ)進(jìn)行必要的調(diào)整改進(jìn)。

2.2? 錨桿鉆機(jī)的選擇

當(dāng)前一些礦井在進(jìn)行錨桿施工作業(yè)時(shí)，仍采用傳統(tǒng)的單體錨桿鉆機(jī)來(lái)進(jìn)行施工，這種鉆機(jī)在鉆完孔后還需借助人工來(lái)裝設(shè)錨桿。特別是對(duì)頂板狀況相對(duì)較差的巷道，采用這種鉆機(jī)作業(yè)會(huì)嚴(yán)重拖延巷道掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺速度，很難讓巷道實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)。對(duì)此，煤礦使用鑿巖臺(tái)車(chē)以及液壓鑿巖機(jī)等進(jìn)行巷道掘進(jìn)作業(yè)，這類(lèi)機(jī)械不僅功率大，生產(chǎn)效率高，而且產(chǎn)生的噪音小，實(shí)際污染也相對(duì)較小，加大了液壓鑿巖機(jī)等先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用，大幅提升了礦井巷道掘進(jìn)速度。

2.3? 支護(hù)工序安排

掘進(jìn)施工中，支護(hù)工序約占總時(shí)間的40%～50%，因此通過(guò)合理安排掘進(jìn)、支護(hù)和其它工序的交叉時(shí)間，可顯著提高作業(yè)效率。若采用邊掘進(jìn)邊支護(hù)的工藝方式，則在錨桿安裝時(shí)，掘進(jìn)機(jī)需停機(jī)，由此降低了掘進(jìn)機(jī)的開(kāi)機(jī)率，掘進(jìn)和支護(hù)工序分離。實(shí)際上，對(duì)于大多數(shù)頂板條件，可采用弱化支護(hù)，即巷道開(kāi)挖后只對(duì)容易失穩(wěn)的頂板和兩頂角進(jìn)行錨桿臨時(shí)支護(hù)，然后在滯后于迎頭10m～20m的范圍內(nèi)進(jìn)行永久支護(hù)，由此可避免掘進(jìn)機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，同時(shí)又保證了支護(hù)時(shí)間和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)與支護(hù)平行作業(yè)。另外，還可在臨時(shí)支護(hù)期間，安排進(jìn)行設(shè)備維修、電力施工、耗材運(yùn)輸?shù)裙ぷ?，?shí)現(xiàn)多工序交叉作業(yè)。

3? 切眼支護(hù)方式

我礦工作面開(kāi)切眼巷道斷面為矩形，巷道全長(zhǎng)260m;巷道掘進(jìn)高度為3.7m，掘進(jìn)寬度為7.9m，端頭支架硐室和采煤機(jī)安裝硐室掘進(jìn)寬度為9.9m，掘進(jìn)高度均為3.7m。根據(jù)巷道圍巖性質(zhì)、以往巷道支護(hù)參數(shù)及相鄰巷道的礦壓觀測(cè)資料，采用工程類(lèi)比法確定工作面切眼采用錨桿+錨索+U型鋼架棚方式聯(lián)合支護(hù)，幫部打錨桿，其中頂部錨桿采用Φ22×2400mm全螺紋鋼錨桿，間排距為800×800mm，每排9根，端頭支架硐室和煤機(jī)安裝硐室每排11根，鐵托盤(pán)規(guī)格為150×150×10mm碟形托盤(pán)，每根錨桿采用三支CK2360型樹(shù)脂藥卷錨固，錨桿扭矩不小于120N·m，抗拔力不小于60kN;網(wǎng)孔規(guī)格為100×100mm;錨索采用Φ21.8×7000mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索，間排距為800×800mm，每排8根，錨索托盤(pán)為240×240×14mm的鋼板加工而成，每根錨索采用5支CK2360型樹(shù)脂藥卷錨固，錨索設(shè)計(jì)錨固力不小于240kN，預(yù)緊力為120kn～140kN。由于切眼斷面較大，為確保施工安全，設(shè)計(jì)在切眼中和采煤機(jī)安裝硐室、端頭支架硐室口各打一排單體液壓支柱加強(qiáng)支護(hù)，考慮后期工作面安裝需要，開(kāi)切眼中單體液壓支柱距正幫距離為3.3m，排距為1.0m;每根單體液壓支柱必須穿靴戴帽并掛防倒繩，以防單體液壓支柱傾倒傷人;單體支柱初撐力不得小于90kN。

4? 施工方案及掘進(jìn)工藝

（1）施工方案。由于工作面開(kāi)切眼巷道斷面較大，EBZ-120型掘進(jìn)機(jī)截割頭寬度為3.3m，無(wú)法一次截割至設(shè)計(jì)斷面，為實(shí)現(xiàn)安全、快速掘進(jìn)的目的，根據(jù)巷道的煤巖特性、地質(zhì)及施工條件，考慮到工作面開(kāi)切眼的施工工期要求，決定采用交替掘進(jìn)、掘支平行作業(yè)、一次成巷的施工工藝，掘進(jìn)時(shí)先使用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行切槽3.3m，然后采垛1.7m，先掘進(jìn)5.0m寬斷面7.9m后，進(jìn)行永久支護(hù)，當(dāng)5.0m寬斷面掘進(jìn)超過(guò)20m后，開(kāi)始刷幫，刷幫寬度為2.9m，然后交替進(jìn)行作業(yè)，刷幫完畢后架棚支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)工作面，錨桿機(jī)進(jìn)行刷幫側(cè)永久支護(hù)，同時(shí)掘進(jìn)機(jī)移到5.0m寬斷面繼續(xù)向前掘進(jìn)，實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)與支護(hù)平行作業(yè)，降低支護(hù)作業(yè)影響時(shí)間，達(dá)到快速掘進(jìn)的目的。（2）掘進(jìn)工藝。采用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行截割，使用刮板運(yùn)輸機(jī)和順槽膠帶機(jī)共同完成煤炭運(yùn)輸。近年來(lái)，隨著煤礦礦井開(kāi)采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，巷道斷面面積也越來(lái)越大，煤礦巷道掘進(jìn)作業(yè)面對(duì)的地質(zhì)構(gòu)造也越來(lái)越復(fù)雜，要想獲得更穩(wěn)定的巷道結(jié)構(gòu)，就對(duì)巷道掘進(jìn)截割工藝提出了更高要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，人們可參照下列截割工藝來(lái)進(jìn)行巷道掘進(jìn)作業(yè)。①若待掘進(jìn)巷道圍巖相對(duì)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)相對(duì)完整、圍巖節(jié)理發(fā)育也不是很充分的情況下，巷道掘進(jìn)作業(yè)，可從中心進(jìn)刀，再逐步刷周?chē)膸?，采用該種截割方式來(lái)掘進(jìn)巷道，更利于巷道斷面的成形，可獲得質(zhì)量更好的巷道斷面形狀，且落煤也相對(duì)較均勻，同時(shí)也不會(huì)對(duì)周邊圍巖產(chǎn)生較大影響，特別適合于大尺寸巷道斷面掘進(jìn)作業(yè)。②對(duì)于頂板裂隙較多、穩(wěn)定性相對(duì)較差、需在掘進(jìn)作業(yè)后及時(shí)進(jìn)行支護(hù)的巷道，可采用如下截割方式進(jìn)行掘進(jìn)，即分兩次來(lái)實(shí)施截割作業(yè)，第一次可截割1/3寬度的巷道，第二次再把余下的2/3的巷道截割完，第一次與第二次截割都應(yīng)由下至上按蛇形截割方式進(jìn)行截割。采用蛇形截割方式進(jìn)行截割可有效縮短巷道頂板懸空時(shí)長(zhǎng)，改善支護(hù)質(zhì)量，有助于提高巷道掘進(jìn)速度。③若待掘進(jìn)巷道具有較大的地應(yīng)力，且兩幫較軟，易出現(xiàn)片幫現(xiàn)象時(shí)，可選用的截割方式為：其主要是分兩次來(lái)使巷道成形，首先截割巷道中部，然后再逐步刷巷道兩幫，這樣可有效縮短幫部裸露時(shí)間，確保圍巖的穩(wěn)定性，并進(jìn)一步提高巷道兩幫的實(shí)際支護(hù)質(zhì)量。（3）掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺。巷道正常掘進(jìn)時(shí)，若頂板完好無(wú)裂隙，循環(huán)進(jìn)尺為1m，最大空頂距為1.2m;若頂板有裂隙但不破碎時(shí)，循環(huán)進(jìn)尺為0.8m，最大空頂距為1m;當(dāng)掘進(jìn)遇地質(zhì)構(gòu)造或頂板破碎，極易冒落時(shí)，短掘短支，掘進(jìn)0.5m支護(hù)0.5m。

5? 結(jié)束語(yǔ)

大斷面巷道在掘進(jìn)期間采用一次成巷掘進(jìn)施工工藝時(shí)，頂板暴露面積大，受?chē)鷰r應(yīng)力重新分布及上覆巖層自身重力影響，懸頂處壓力出現(xiàn)集中現(xiàn)象，頂板承載能力小于外力作用時(shí)出現(xiàn)破碎、下沉、深部巖層斷裂、離層等現(xiàn)象，從而加大了頂板支護(hù)難度，降低了支護(hù)效果。所以大斷面巷道掘進(jìn)時(shí)，必須合理控制巷道掘進(jìn)斷面，保證巷道掘進(jìn)后頂板具有一定承載能力，且支護(hù)后能夠形成耦合支護(hù)體，從而有效保證了巷道掘進(jìn)效率及施工安全。

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