復雜條件下綜采工作面快速掘進安裝新工藝

年福田

（中煤新集能源股份有限公司劉莊煤礦，安徽 阜陽 236200）

采煤工作面掘進圍面及安裝準備工程與相鄰回采工作面的生產(chǎn)相互影響，而臨近回采工作面的軌道順槽掘進工期影響最大。常規(guī)的方法兩巷由外向里掘進，經(jīng)切眼貫通后，由軌道順槽打運安裝綜采設備，將嚴重制約采煤工作面投產(chǎn)進度，形成工作面接替緊張局面。劉莊煤礦通過在131304 工作面優(yōu)化創(chuàng)新圍面及安裝工藝[1-4]，實現(xiàn)工作面快速開采。

1 概況

劉莊井田東西走向長度約為16.0 km，南北寬3.5～8.0 km，面積約82.2 km2。礦井核定生產(chǎn)能力1100 萬t/a。井田內共13 層可采煤層，其中5 層主要可采煤層，平均總厚19.85 m，約占可采煤層總厚的67.68%。礦井為煤與瓦斯突出礦井，水文地質類型為復雜型，采用立井、主要石門、集中大巷、分區(qū)開拓的開拓方式。礦井為“一井兩面”生產(chǎn)布局，東翼1313 采區(qū)13-1 煤平均厚度4.5 m，1311 采區(qū)11-2 煤層平均厚度2.7 m。131302 工作面回采時間2019 年6 月—2020 年6 月，接替工作面為131101工作面。礦井西翼1713 采區(qū)13-1 煤平均煤厚5.3 m，1508 采區(qū)8 煤層平均厚度為3.5 m。171307 工作面預計回采時間2020 年7 月—2021 年2 月底，150802 工作面為接替工作面。為保證礦井產(chǎn)量、煤質均衡穩(wěn)定，需對東西兩翼工作面優(yōu)化配采，1713 采區(qū)工作面可配采1311 采區(qū)工作面，1508 采區(qū)工作面可配采1313 采區(qū)工作面，2020 年下半年171307 工作面配采131101 工作面，2021 年上半年150802 工作面需配采1313 采區(qū)（單翼）工作面。為防止工作面“孤島”開采現(xiàn)象，需要在131101工作面12 月回采結束前，131304 工作面具備回采條件，保證礦井接續(xù)持續(xù)平穩(wěn)。

131304 工作面為1313 東采區(qū)第二個回采工作面，該工作面西接1313 東采區(qū)集中上山，東臨礦井東邊界F5 斷層，南為13-1 煤未采區(qū)，北近131302 工作面。131304 工作面為走向長壁開采，采用三巷布置方式，軌道順槽全長1 601.3 m，可采走向長為1 553.4 m，與131302 工作面之間留設煤柱10 m；膠帶順槽全長1 601.0 m，可采走向長為1 530.5 m；瓦斯抽排巷全長1 698.5 m，與軌道順槽內錯35 m，距煤層頂板40～50 m；設計工作面切眼長264.0 m；平均煤厚4.85 m。

2 設計方案優(yōu)化

2.1 創(chuàng)新圍面模式

（1）創(chuàng)新提出“沿空掘巷”巷道外段聯(lián)巷布置方式，自回風聯(lián)巷與131302 溜煤眼交叉處布置外段聯(lián)巷和瓦斯抽排巷連接，在瓦斯抽排巷外段布置矸石窖，與工作面出煤分時分運，形成出矸和回風系統(tǒng)，較原始設計可提前掘進2～3 個月。

（2）在軌道順槽內距切眼90 m 設計瓦斯抽排巷聯(lián)巷，分段施工瓦斯抽排巷，提前將軌道順槽里段與瓦斯抽排巷貫通，使工作面膠帶順槽、切眼、瓦斯抽排巷盡快形成自然通風，構建單軌吊打運系統(tǒng)，從而實現(xiàn)切眼刷擴、安裝與軌道順槽掘進平行作業(yè)。

（3）探索“沿空掘巷”工作面安裝新模式，膠帶順槽里段布置工作面支架組裝間，實現(xiàn)膠帶順槽打運支架、切眼安裝與軌道順槽里段掘進平行作業(yè)，解決長距離重件打運難題，提高支架散件運輸速度，提高工作面安裝效率。

2.2 應用履帶式鉆機

軌道、膠帶順槽結合工程特點，優(yōu)化工作面巷道布置，軌道順槽斷面設計寬×高=6 m×3.8 m，膠帶順槽斷面設計寬×高=5.6 m×4.2 m，滿足履帶式鉆機追機打鉆要求，從設計源頭取消巷幫鉆場。

3 掘進工程優(yōu)化

3.1 科學組織三巷掘進工程排序

科學調控“三巷”掘進工程排序，優(yōu)化掘進工藝，狠抓過程管控，最大限度減少臨近回采工作面影響，保障施工效率及安全效果。

膠帶順槽不受采空區(qū)影響，首先掘進第二中部車場及回風聯(lián)巷，待進料、通風、出貨等生產(chǎn)系統(tǒng)形成后，掘進膠帶順槽及切眼，然后施工軌道順槽里段至瓦斯抽排巷聯(lián)巷下口，變方位施工瓦斯抽排巷聯(lián)巷。瓦斯抽排巷貫通形成自然通風系統(tǒng)（上行通風），為后期軌道順槽里段掘進與切眼刷擴、安裝平行作業(yè)創(chuàng)造條件。

瓦斯抽排巷與相鄰回采工作面平距35 m，由131302 回風聯(lián)巷撥門，變方位后爬坡跟上合適層位向里掘進，期間停掘2 個月錯開與相鄰回采工作面交鋒影響，最后與瓦斯抽排巷聯(lián)巷貫通，貫通后繼續(xù)向前掘進至設計位置停頭。

軌道順槽受臨近回采工作面采動影響，臨近131302 工作面停采后，為保證臨近回采工作面具有足夠壓實期，前期軌道順槽由里向外掘進，待工作面壓實期滿足要求后，采用里外相向掘進，快速貫通。經(jīng)統(tǒng)計，工作面圍面工期較常規(guī)方法提前完成掘進工程量近1100 m，節(jié)約工期約4 個月。

3.2 優(yōu)化掘進工藝

巷道推廣臺階法施工。膠帶順槽、切眼巷道高度分別為5.1 m、4.9 m，掘進機爬坡、山墻防片、錨桿（索）登高作業(yè)極為困難，斜巷段尤為突出。采用迎頭分上下臺階掘進，一次掘進高度3.5～3.8 m，待工作面切眼支架安裝前，掘進機退回進行二次掃底，提高施工效率及安全效果。

應用遠距離噴漿工藝。在瓦斯抽排巷適當位置施工硐室，為噴漿材料、工器具提供存放空間，并經(jīng)硐室撥門口向軌道順槽前后兩側各施工2 路Ф149 mm 貫通鉆孔（一用一備），作為噴漿管路安裝通道，經(jīng)瓦斯抽排巷向軌道順槽噴漿作業(yè)，一個硐室可覆蓋噴漿范圍約450 m，減少物料打運距離，節(jié)省軌道順槽作業(yè)空間，增加平行作業(yè)面。如圖1、圖2。

圖1 131304 工作面掘進工序示意圖

圖2 131304 圍面工程及外圍系統(tǒng)排隊

4 輔助運輸方式優(yōu)化

4.1 建立“網(wǎng)絡化”運料系統(tǒng)

膠帶順槽、瓦斯抽排巷掘進運料，均建立單軌吊連續(xù)運料系統(tǒng)，直接將物料打運至迎頭，縮短人工運料距離。瓦斯抽排巷與聯(lián)巷貫通后，工作面切眼刷擴、安裝進料由膠帶順槽打運，軌道順槽里段掘進用料經(jīng)瓦斯抽排巷及聯(lián)巷打運，切眼刷擴、安裝與軌道順槽里段進料系統(tǒng)相互獨立。

切眼安裝期間，經(jīng)膠帶順槽打運組裝綜采設備，切眼刷擴、安裝與軌道順槽掘進平行作業(yè)，軌道順槽貫通前，刷擴安裝工程施工完畢，較常規(guī)安裝工藝節(jié)約工期約3 個月。

4.2 靈活調控出貨系統(tǒng)

工作面兩順槽掘進，與131302 回采工作面共用采區(qū)膠帶上山出貨系統(tǒng)；瓦斯抽排巷建立矸石窖，與采煤工作面回采分時分段出貨，保證瓦斯抽排連續(xù)掘進及回采工作面產(chǎn)量煤質穩(wěn)定。切眼刷擴前，需經(jīng)膠帶順槽打運安裝21 臺臨時支護支架，造成膠帶順槽出貨系統(tǒng)中斷。因而對切眼刷擴出貨系統(tǒng)進行改造，通過切眼上口至瓦斯抽排巷聯(lián)巷下口增設一部轉載皮帶機，切眼刷擴、軌道順槽里段掘進出貨均由瓦斯抽排巷聯(lián)巷轉載至瓦斯抽排巷皮帶機，進而進入采區(qū)出貨系統(tǒng)，保證切眼刷擴、軌道順槽里段掘進出貨。

5 刷擴安裝工藝優(yōu)化

5.1 牢固樹立“大掘進”格局

膠帶順槽掘進出貨采用強力皮帶H 架代替小皮帶H 架，避免后期拆除小皮帶安裝大皮帶架輔助安拆及打運工程。掘進期間施工吊裝間、沿接瓦斯抽排管、高壓管路，避免安裝準備期間，集中打運，交叉作業(yè)相互影響，提高安裝效率。

5.2 創(chuàng)新工作面安裝工藝

膠帶順槽皮帶機機頭安裝、工作面切眼綜采設備安裝、軌道順槽里段掘進平行作業(yè)。切眼刷擴前，首先安裝切眼臨時支護支架，分段加固頂板，然后進行工作面刷擴施工，最后安裝回采支架。切眼由常規(guī)刷擴后全寬8～9 m，調整為原切眼5.6 m，刷擴后全寬10.5 m，三路單軌吊滑軌，原切眼中線偏東1.2 m 安裝一路，用于切眼刷擴前，自下向上打運安裝臨時支護支架21 架，均勻布置，確保刷擴后大跨度巷道頂板安全；原切眼中線偏西1.3 m 安裝1 路，用于切眼支架自下向上打運，確保架前打運路線通暢；刷擴后原切眼中線偏東7 m 安裝1 路，用于支架自上向下打運，運架路線通暢，保障支架自下向上安裝順序。通過優(yōu)化切眼斷面、支架打運、安裝工序，保證支架安裝工藝與常規(guī)相似，實現(xiàn)綜采設備安全高效安裝。131304 切眼21 臺臨時支架安裝及支架打運路線示意圖如圖3。

圖3 131304 切眼21 臺臨時支架安裝及支架打運路線

6 取得的效果

（1）軌道順槽、瓦斯抽排巷里段勾通聯(lián)巷，建立相對獨立運輸及通風系統(tǒng)，增加獨立作業(yè)面，有效提高掘進圍面工程效率。

（2）大掘高巷道分臺階掘進，可有效加快施工進度及安全效果，節(jié)約工期近10 d。

（3）建立單軌吊網(wǎng)絡化運輸系統(tǒng)，減少絞車打運中轉環(huán)節(jié)，節(jié)約人工，提高輔助運輸系統(tǒng)效率。

（4）通過優(yōu)化切眼打運工藝，實現(xiàn)膠帶順槽打運綜采設備與軌道順槽掘進平行作業(yè)，節(jié)約工期3 個月。

（5）掘進工程兼顧安裝準備，有效減少返工，提高輔助運輸效率。

7 結論

（1）科學調控工作面巷道掘進順序及時間，優(yōu)化掘進與安裝準備作業(yè)面關系，可有效增加平行作業(yè)面，減少工程相互影響，提高施工效率。

（2）掘進兼顧安裝準備，充分利用掘進期間打運時間充裕、掘進效率高的特點，超前施工支架組裝硐室、皮帶機架、各類管路等工程，為安裝準備創(chuàng)造有利條件。

（3）通過優(yōu)化工作面運輸方式、切眼寬度，可有效解決膠帶順槽打運安裝綜采設備難題，縮短安裝準備工期。