軟巖地質(zhì)條件下圓形巷道綜掘技術(shù)的應(yīng)用

遲曉東

摘? 要：該文針對(duì)大平煤礦軟巖地質(zhì)條件下圓形巷道采用傳統(tǒng)炮掘結(jié)合錨、網(wǎng)、支、充、錨的支護(hù)形式，施工進(jìn)度慢、安全風(fēng)險(xiǎn)大，工序煩瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題，在S2S8段綜放面運(yùn)輸巷掘進(jìn)施工采用綜掘裝備掘進(jìn)、裝載、運(yùn)輸和巷道支護(hù)新技術(shù)，打破了綜掘機(jī)無法掘進(jìn)圓形斷面的傳統(tǒng)工藝，形成了一套較為完整的圓形巷道綜掘技術(shù)，為同類巷道掘進(jìn)施工提供了新的方法。

關(guān)鍵詞：綜掘技術(shù);軟巖工程;圓形巷道;快速掘進(jìn)

中圖分類號(hào)：TD421? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 概況

鐵煤集團(tuán)大平煤礦屬全國罕見極軟巖礦井，在軟巖工程圓形巷道掘進(jìn)施工過程中，以往的炮掘施工技術(shù)，對(duì)圍巖影響大、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、成巷速度慢、安全風(fēng)險(xiǎn)高，機(jī)械化強(qiáng)度低。為改變此局面，大平煤礦在S2S8段綜放面兩巷，應(yīng)用合作研發(fā)的EBZ160C綜掘機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、DSJ-120/150/2×315膠帶運(yùn)輸機(jī)、臨時(shí)液壓支柱、SQ-80無極繩絞車等綜掘技術(shù)裝備，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)施工的安全、連續(xù)推移工藝，取代了放炮破巖、人工出貨的間歇式工藝，用料運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，直接供應(yīng)到工作面附近，極大地降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了放炮對(duì)圍巖破壞，保證了圍巖的穩(wěn)定性，提高了工作效率。

1 綜掘新技術(shù)

大平煤礦經(jīng)過長期的實(shí)踐、總結(jié)、研究，形成了能夠在軟巖圓形巷道安全、快速、機(jī)械化施工的綜掘技術(shù)與工藝，并在S2S8段綜放面運(yùn)輸巷掘進(jìn)施工中成功應(yīng)用。S2S8段綜放面運(yùn)輸巷布置在煤層中，沿煤層底板掘進(jìn)。其支護(hù)形式為螺紋鋼等強(qiáng)錨桿+ “U”型鋼圓形可縮支架+鋼筋網(wǎng)+注混凝土的復(fù)合支護(hù)形式。

1.1 綜掘工藝流程

綜掘機(jī)截割巷道上半部→液壓支柱臨時(shí)支護(hù)→支護(hù)施工→煤炭裝載與運(yùn)輸→掛網(wǎng)、注砼。

（1）綜掘機(jī)施工工法：利用炮頭上下、左右往復(fù)截割，先施工斷面的上半部分，截割出巷道上半部分?jǐn)嗝嫘螤睿笞鳂I(yè)人員站在作業(yè)平臺(tái)上架設(shè)臨時(shí)支護(hù)施工上半部幫頂、迎面錨桿。

（2）臨時(shí)支護(hù)：液壓支柱穿鐵鞋帶鐵帽與頂板接實(shí)，如頂板破碎則在鐵帽上別好木柈（1400 mm×120 mm×100 mm），初撐力不小于90 kN。在液壓支柱的兩側(cè)各施工一根頂板錨桿并別好木柈（1400 mm×120 mm×100 mm），在這兩根別柈錨桿的面向工作面方向再施工2根頂板錨桿。當(dāng)將正頂頂板錨桿2-2施工完，即施工2排共4根錨桿，將液壓支柱撤下，然后繼續(xù)向兩側(cè)、向迎面方向逐根施工其他頂板錨桿。

（3）支護(hù)施工：施工幫、頂錨桿時(shí)使用徐工手持式氣動(dòng)錨桿機(jī)，呈五花布置，全斷面支護(hù)，間、排距為800 mm×600 mm，錨桿外露長度為10 mm～50 mm。

（4）煤炭裝運(yùn)：敲幫問頂后進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，待上半部支護(hù)完成后，通過綜掘機(jī)將煤巖體裝載運(yùn)輸，通過第一、第二運(yùn)輸機(jī)將煤轉(zhuǎn)載到S2膠帶下山→井底煤倉→主井。

（5）掛網(wǎng)、注混凝土：支架鋪設(shè)810 mm×510 mm鋼筋網(wǎng)及席子，按要求鋪平，網(wǎng)間距小于50 mm，互相平行鋪好，用Φ1.6 mm（16#）鐵線綁牢;注混凝土?xí)r，混凝土按C20配制，配合比為水泥∶砂子∶石子=1∶2∶2，選用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，砂子選用中砂，石子選用碎石，必須保證拌料均勻，嚴(yán)格控制水灰比為0.5;保證棚后300 mm厚度的混凝土;執(zhí)行“見四充三”，要保證注嚴(yán)、注實(shí)。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）圓形巷道綜掘機(jī)

根據(jù)大平煤礦井下特殊的圓棚支護(hù)方式，大平煤礦成功借鑒了小康礦與佳木斯煤機(jī)廠共同研發(fā)的可截割圓形斷面的EBZ160C型綜掘機(jī)，在S2S8綜放面運(yùn)輸巷完成掘進(jìn)施工。它能滿足在松軟頂、底板條件下，正常截割并使用U型鋼可縮支架對(duì)圓形巷道支護(hù)時(shí)，實(shí)現(xiàn)綜掘機(jī)正常的巷道掘進(jìn)、物料輸送、行走、支護(hù)等作業(yè)，取締掘進(jìn)打眼放炮的施工工藝。

EBZ160C綜掘機(jī)集成了國際先進(jìn)技術(shù)，整機(jī)較拱形、梯形巷道所使用的綜掘機(jī)具有以下技術(shù)特點(diǎn)。

①截割部根據(jù)具體軟巖地質(zhì)條件選配了可伸縮結(jié)構(gòu)形式，伸縮行程700 mm。截割高度達(dá)到5 000 mm，截割寬度達(dá)到6 200 mm，避免了綜掘機(jī)截割時(shí)因機(jī)身頻繁升降導(dǎo)致聯(lián)結(jié)螺栓頻繁崩斷等機(jī)械故障的發(fā)生，減少了機(jī)器在巷道內(nèi)頻繁前進(jìn)后退對(duì)底板的破壞，加快了作業(yè)進(jìn)度。

②大平煤礦S1采區(qū)使用的EBZ260綜掘機(jī)其鏟煤板前端為矩形直角邊，在割落煤矸的收集裝載過程中，刮卡圓棚底梁，只能施工拱形巷道，不能用于圓形巷道掘進(jìn)施工。由此根據(jù)圓形巷道特點(diǎn)，特將鏟板前端采用圓弧形設(shè)計(jì)，并且鏟板可伸縮，鏟板伸縮行程850 mm，實(shí)現(xiàn)圓形巷道掘進(jìn)中鏟板的完全臥底，從而提高了物料收集的效率。

（2）行走輔助橡膠墊

為了便于圓弧巷道特殊環(huán)境綜掘機(jī)的行走，特研制行走輔助橡膠墊，由 60塊高強(qiáng)度橡膠墊組成，鋪設(shè)在已掘圓弧巷道中鋪設(shè)的底鋼梁上，對(duì)綜掘機(jī)進(jìn)行支撐，以增加巷道底板強(qiáng)度，使用時(shí)將底鋼梁弧底處墊平，鋪設(shè)行走橡膠墊，實(shí)現(xiàn)綜掘機(jī)在圓弧巷道的行走。

2 炮掘進(jìn)工藝的不足

（1）一直以來，大平煤礦兩順掘進(jìn)均采用炮掘工藝，由于軟巖強(qiáng)度低，放炮破巖產(chǎn)生的震動(dòng)對(duì)巷道影響很大，常常出現(xiàn)，前掘后修的局面，采用了綜掘技術(shù)以后，極大地降低了圍巖應(yīng)力的二次分布及釋放，降低了聯(lián)合支護(hù)強(qiáng)度，減緩了可縮棚的變形速率，極大延長了聯(lián)合支護(hù)的壽命。

（2）傳統(tǒng)炮掘工藝在掘進(jìn)、運(yùn)輸和巷道支護(hù)等環(huán)節(jié)中設(shè)備的機(jī)械化程度落后，各工序間相互制約，工效低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，物料運(yùn)輸全靠人拉肩扛，導(dǎo)致掘進(jìn)施工進(jìn)度慢、安全事故頻發(fā)、采掘接續(xù)緊張。

（3）以往掘進(jìn)施工時(shí)，采用打45°～55°超前控頂錨桿進(jìn)行暴露后的煤巖超前控頂，因煤巖層松軟、節(jié)理裂隙發(fā)育，加之前方未知煤巖體中存在局部地質(zhì)構(gòu)造，超前錨桿易隨滑面、斷層落下而失效，存在一定的危險(xiǎn)因素。

（4）隨著軟巖巷道支護(hù)方式與施工工藝的改革，大平煤礦曾經(jīng)采用過綜掘機(jī)施工圓形斷面巷道，但是，由于綜掘機(jī)的截割高度、寬度不到位，不能滿足要求，還需放炮破巖休整圓形巷道斷面，降低了掘進(jìn)工效;另外，由于軟巖強(qiáng)度低，放炮破巖產(chǎn)生的震動(dòng)，易造成圍巖局部應(yīng)力集中，給巷道支護(hù)帶來困難。

3 結(jié)論

通過在大平煤礦S2S8綜放面運(yùn)輸巷試行的綜掘技術(shù)實(shí)，使巷道掘進(jìn)水平由原來炮掘的月進(jìn)110 m水平提高至170 m，并把工人的出勤率提高到了91%以上，還獲得了以下技術(shù)成果。

（1）驗(yàn)證了軟巖工程圓形巷道綜掘技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了軟巖圓形巷道的掘進(jìn)、裝載、運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)機(jī)械化，技術(shù)先進(jìn)、應(yīng)用可靠，施工效率高、速度快、安全等優(yōu)點(diǎn)。

（2）首次采用合作研發(fā)的適應(yīng)施工圓形斷面的EBZ160C綜掘機(jī)，在國內(nèi)外應(yīng)用此綜掘機(jī)尚屬首例。該綜掘機(jī)不僅提高了截割高度和截割范圍，而且實(shí)現(xiàn)了圓形巷道掘進(jìn)中鏟板的完全臥底，從而提高了物料收集的效率。

（3）為了圓弧巷道特殊環(huán)境下綜掘機(jī)的行走，特研制行走輔助橡膠墊，實(shí)現(xiàn)綜掘機(jī)在圓形巷道的行走。

（4）首次采用液壓支柱臨時(shí)支護(hù)，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)提高了勞動(dòng)效率，可反復(fù)泄壓，降低了原有支護(hù)的成本。

參考文獻(xiàn)

[1]徐永圻.煤礦開采學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1991.

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