深埋強礦壓煤巷快速掘進技術(shù)優(yōu)化研究

劉永強

（中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司葫蘆素煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300）

近年來隨著礦井逐步向高產(chǎn)高效模式發(fā)展，對回采及準(zhǔn)備巷道的開拓速度也相應(yīng)提出了更高要求，為了適應(yīng)高產(chǎn)高效綜采工作面接替需要，煤巷快速掘進勢在必行。從全國煤礦煤巷高效快速掘進來看，主要有以下三種類型：第一種為煤巷綜合機械化掘進，目前已在煤礦開采中得到了廣泛應(yīng)用；第二種為連續(xù)采煤機及其后配套設(shè)備掘進，主要在神東礦區(qū)及鄂爾多斯地區(qū)進行了推廣應(yīng)用；第三種為掘錨機及其后配套設(shè)備掘進，掘錨機將掘進與支護融合在同一臺設(shè)備上完成，代表了當(dāng)今世界上單巷高效掘進設(shè)備的最高技術(shù)水平，是高產(chǎn)高效礦井重要的組成部分。

一、試驗區(qū)情況

葫蘆素煤礦于2014 年引進了奧地利山特維克公司生產(chǎn)的MB670-261型掘錨機，掘錨及后配套設(shè)備布置在21102 工作面運輸巷進行施工。根據(jù)地質(zhì)勘探報告，葫蘆素煤礦21102 首采工作面煤層頂、底板條件較差，掘進區(qū)段2-1 煤厚約為2.50～3.00m，形態(tài)為一向北西傾斜的單斜構(gòu)造，地層傾角一般為1～3°，局部可達6～8°，一般不含夾矸或局部含1～3層夾矸的實際情況；且煤層直接頂為灰白色粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，厚度約2.92～19.2m，含有大量的植物化石，底板為灰黑色砂質(zhì)泥巖或灰白色細(xì)砂巖。同時21102 工作面運輸巷掘進區(qū)段內(nèi)水文地質(zhì)情況復(fù)雜，頂、底板巖石含裂隙水，局部錨桿、錨索滴、淋、滲水較大，底板水較充沛。為了進一步提高煤巷掘進效率，通過對神東礦區(qū)及呼吉爾特礦區(qū)周邊礦井生產(chǎn)實際進行考察，結(jié)合葫蘆素礦井井下實際情況，針對葫蘆素礦井復(fù)雜地質(zhì)條件，對煤巷掘進工藝、設(shè)備配套、施工組織及經(jīng)營管理等方面進行了完善和優(yōu)化，并取得了顯著效果。

二、煤巷快速掘進施工工藝

（一）回采工作面巷道布置

掘錨成套設(shè)備首次用于葫蘆素礦首采工作面21102 工作面運輸巷掘進作業(yè)。巷道主要技術(shù)參數(shù)：運輸巷設(shè)計為矩形斷面，斷面尺寸為寬×高：5.4m×2.8m。巷道錨桿布置為矩形，間排距為1000mm×1000mm，頂部錨桿采用φ20mm×2200mm 車絲螺紋鋼錨桿支護，回采側(cè)幫部采用φ20mm×2200mm 左旋等強螺紋鋼錨桿支護，非回采側(cè)幫部采用φ24mm×2700mm 的玻璃鋼錨桿支護。

（二）掘進工作面設(shè)備及后配套

掘錨施工工作面設(shè)備主要包括：掘錨機、連運一號車、單臂錨桿機、帶式輸送機、移動變電站、局部通風(fēng)機等組成。

（三）掘錨機掘進及支護工藝

掘進工作面采、裝、運、支生產(chǎn)工序，使用MB670-261 型掘錨機一次成巷掘進。掘進工作面煤炭的破、落、裝、及巷道的支護均由MB670-261掘錨機來完成，JLY1000/340 型連運一號車和DSJ100/80/220 膠帶輸送機來完成運煤工序，防爆無軌膠輪車完成材料及小型設(shè)備的運送、搬移。掘錨循環(huán)進尺為1000mm，每割一循環(huán)后用掘錨機自身錨桿機進行頂、幫支護，按設(shè)計要求每掘進3000mm 支護一排錨索。掘錨機尾部后巷道未支護的底角錨桿及頂部錨索及時采用單臂錨桿機及手持式氣動錨桿機支護完成。

三、掘錨快速掘進影響因素分析

葫蘆素煤礦煤層埋藏較深，煤層直接頂為灰白色粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，含有大量的植物化石，底板為灰黑色砂質(zhì)泥巖或灰白色細(xì)砂巖。在頂?shù)装鍙姸容^低，頂板局部破碎且有淋水、底板遇水極易軟化、泥化且局部底鼓，兩幫片幫嚴(yán)重條件下，影響掘錨機快速掘進的因素主要有以下幾個方面：

（一）掘錨機單巷道掘進施工，設(shè)備笨重，對煤層起伏變化較大區(qū)域適應(yīng)性差，掘錨機上坡或下坡過程中坡度（坡度>6°）變化幅度大時，一號連運車二運皮帶極易被頂板錨索或錨桿卡死。在煤層起伏較大時，由于掘錨機坡度變化適應(yīng)性差導(dǎo)致割頂板或底板巖石，嚴(yán)重影響掘進效率。

（二）受掘錨機機身長度影響（長度為11.3m），開掘探水硐室調(diào)機與支護難度大，嚴(yán)重影響掘進支護速度。

（三）巷道帶式輸送機延伸次數(shù)頻繁，幾乎每天都需要延伸一次，影響工作面有效掘進時間。

（四）巷道底板強度低，遇水軟化，兩幫片幫嚴(yán)重（最寬達到1m以上），嚴(yán)重影響割煤和支護效率。

（五）受掘錨機支護臂擺臂角度存在死角，無法滿足巷道支護設(shè)計，支護難度大；頂部鋼筋網(wǎng)片采用2 片2.8m×1.2m，備料及安裝網(wǎng)片工序多且綁扎頻繁，影響支護效率。

（六）作業(yè)人員對設(shè)備的操作熟練程度和檢修能力，對工作面快速掘進也有著重要影響。

（七）后配套五建二處勞務(wù)人員流失周期性大，人員不穩(wěn)定影響施工進度。

（八）在經(jīng)營管理不完善與激勵制度的缺乏方面，對工人積極性與主動性亦有重要影響，從而影響快速掘進的整體效率。

四、提高掘錨快速掘進的措施

為了實現(xiàn)葫蘆素煤礦早日投產(chǎn)，且受整個煤炭市場供過于求及經(jīng)濟疲軟影響，最大限度地提高煤巷掘進速度，確保煤礦按計劃投產(chǎn)，以保證后期高產(chǎn)高效綜采工作面生產(chǎn)接續(xù)需要。中煤集團、中天合創(chuàng)公司及礦對影響工作面快速掘進的因素，深入一線對掘進工作面進行了跟蹤分析和研究，采取一系列的措施，為提高掘錨工作面快速掘進奠定了堅實的基礎(chǔ)。

（一）優(yōu)化巷道斷面尺寸及支護參數(shù)

1.由于掘錨機割煤一次成巷，為了減小巷道斷面尺寸及便于施工，將巷道由原設(shè)計尺寸5.5m×2.8m變更為5.4m×2.8m，進一步提高了掘進效率，減少了出煤量。

4.1.2頂部錨桿支護效率是制約快速掘進的關(guān)鍵一環(huán)，為了能夠有效提高支護速度，將頂部錨桿間排距1000mm×1000mm 變更為自左至右分別為800mm×1000mm、1100mm×1000mm、1300mm×1000mm、1100mm×1000mm、800mm×1000mm，左右頂兩邊肩窩錨桿分別距離幫200mm。同時，將2 片規(guī)格為2.8m×1.2m 搭接頂部網(wǎng)片更換為1 片規(guī)格為5.4m×1.1m 頂網(wǎng)，極大地縮短了網(wǎng)片安設(shè)及綁扎工序時間。通過變更支護參數(shù)，有效地提高了支護速度。

（二）改進支護工藝

1.為了能夠有效提高掘進單進水平和效率，在確保巷道工程質(zhì)量合格前提下，將中間錨索滯后迎頭30m 和底腳錨桿滯后21m 規(guī)定，優(yōu)化更改為中間錨索和底腳錨桿同時滯后至掘錨機尾部（滯后迎頭8m），通過掘進生產(chǎn)實踐驗證，更改后不僅實現(xiàn)了及時支護，而且有效提高了支護效率并確保了工程質(zhì)量，優(yōu)化了檢修班和生產(chǎn)班之間工序銜接。

2.改進錨桿及錨索支護工藝。采用超快樹脂錨固劑將凝固時間由原來的50s～60s 縮短到20s～30s，同時，將每根錨桿使用2 根K2335 樹脂錨固劑優(yōu)化為1 根CK2370，錨索使用4 根K2335 錨固劑優(yōu)化為2 根CK2370，進一步提高了支護效率。

（三）改進設(shè)備適應(yīng)性

連運一號車二運機架對巷道的坡度變化要求比較嚴(yán)格，正常掘進生產(chǎn)期間經(jīng)常出現(xiàn)中部連接架“趟腰”，走機時二運皮帶習(xí)慣性跑偏，一運機架跟機電纜經(jīng)常被刮，每班需要專人進行看護，影響正常的生產(chǎn)進度，根據(jù)現(xiàn)場實際情況分析，由于二運機架的鋼梁強度不夠，自行改進補強了連運一號車二運架子整體剛度，將二運機架之間的連接板縮短，有效減小了二運架子中部撓度變化，增強了二運架子對巷道坡度變化的適應(yīng)性，提高了連運一號車的移動速度。

（四）加強機電管理

提高設(shè)備使用壽命，充分發(fā)揮設(shè)備效能，滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要，做到技術(shù)管理和經(jīng)濟管理相結(jié)合,優(yōu)化機電管理制度，加強設(shè)備檢修，尤其對掘錨機、連運一號車、膠帶運輸機等主要掘進設(shè)備的檢修，加強設(shè)備檢修工處理設(shè)備故障能力，定期邀請廠家服務(wù)工程師駐礦培訓(xùn)，從根本上提高設(shè)備的開機率和檢修工的業(yè)務(wù)水平，定期檢修應(yīng)與設(shè)備的日常維護保養(yǎng)相結(jié)合，設(shè)備應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝特點和生產(chǎn)過程中的要求，采取不同的檢修方式。切實做好設(shè)備的巡回檢查、每日定期例檢及定期檢修工作。對每臺設(shè)備包機責(zé)任到人，通過日檢、周檢、月檢的考核檢查制度，有效保證設(shè)備完好率，降低機電事故率。

（五）強化職工技能培訓(xùn)

1.邀請設(shè)備廠家服務(wù)工程師組織開展關(guān)于設(shè)備原理、組裝、檢修維護及故障排除等方面專項培訓(xùn)，有效地提高了正式工的專業(yè)技能，為設(shè)備高開機率奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

2.定期組織進行專業(yè)技能交流學(xué)習(xí)活動，為各個班組成員之間學(xué)習(xí)交流創(chuàng)造條件，將檢修班與生產(chǎn)班中存在問題及反復(fù)出現(xiàn)故障進行討論分析，有效促進經(jīng)驗成果互享，為保障設(shè)備高開機率提供有效保障。

3.在實踐技能方面，區(qū)內(nèi)自行組織開展技術(shù)比武，為促進員工技能交流創(chuàng)造了平臺，同時，為后備干部提拔進行人才儲備。

（六）建立考核和獎懲制度

嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)獎優(yōu)罰劣，實行工序動態(tài)驗收達標(biāo)制度,跟班隊長和班長對當(dāng)班工程質(zhì)量負(fù)全責(zé)，與個人工資直接掛鉤。對影響進尺、三違隱患個人和班組進行考核,同時對達標(biāo)班組給予獎勵，通過公開、公平、公正按勞分配管理模式，有利調(diào)動員工的積極性。

五、結(jié)論

掘錨機掘進21102 工作面運輸巷期間，經(jīng)過不斷改進和優(yōu)化，巷道單進水平穩(wěn)步提高，有效地提高了巷道快速掘進水平，單月最高進尺達到了650m；掘進21204 工作面輔運巷期間，每月平均進尺600m 以上，其中2016 年7 月份單月進尺達到了787m，創(chuàng)造了葫蘆素煤礦單月進尺最高記錄。

通過近兩年來單月進尺統(tǒng)計與總結(jié)，從2015 年1 月月進尺400m 到2016 年7 月進尺787m，實現(xiàn)了煤巷快速掘進的穩(wěn)步提升，在單進水平上取得了有效的進步。同時，經(jīng)過對優(yōu)化參數(shù)、改進工藝、完善管理及引進新材料及工藝等措施，也不斷地為掘錨快速掘進創(chuàng)造了有利條件，進一步提高巷道快速掘進效率，有效地確保了巷道工程質(zhì)量。

掘錨一體化掘進技術(shù)能夠在割煤、裝運、行走、轉(zhuǎn)載一體化的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)割煤和支護同步平行作業(yè)，為單巷掘進極大地提高了掘進速度，以滿足現(xiàn)代化高產(chǎn)高效礦井采煤要求。