底板抽放巷綜合機械化快速掘進技術研究與應用

曹奎奎

（河南永錦能源有限公司云蓋山煤礦二礦，河南 許昌 461683）

1 研究的目的與意義

隨著瓦斯治理手段的更新，對于高瓦斯及突出礦井的瓦斯治理主要以施工底板抽放巷為主，然后對煤層施工穿層鉆孔抽放瓦斯，掩護采面煤巷順槽的掘進，造成每個未圈成的回采工作面，除采面順槽外，還要均要施工1～2條底板抽放巷；隨著巖巷掘進量逐年增大，巷道單進水平與瓦斯治理進度不相匹配，底抽巷掘進效率低，瓦斯治理工程滯后，嚴重影響了礦井生產的正常接替，底抽巷的快速掘進成為礦井亟待解決的問題。

針對以上問題，云煤二礦引進綜合機械化掘進設備EBZ-318型綜掘機，以23303底抽巷為背景，具體分析了影響巷道掘進速度的主要因素，從掘進裝備技術、巷道層位選擇、運輸系統(tǒng)、支護參數(shù)和作業(yè)方式、管理水平等6個方面提出改進措施[1]。

2 影響巷道掘進效率的主要因素

1）施工裝備。掘進施工裝備是實現(xiàn)快速成巷的重要保障。傳統(tǒng)的掘進工藝采用崩落法施工實現(xiàn)破巖，利用扒巖機配合礦車或膠帶等設備完成裝矸和運矸工序，無法實現(xiàn)破、裝、運的一體化作業(yè)，工效較低，掘進設備選型需要符合當前地質條件，否則容易導致機械頻繁故障，嚴重影響連續(xù)作業(yè)[2]。

2）地質條件。地質條件是影響底板抽放巷快速成巷的先決條件，若地質條件復雜則會大大影響掘進速度和成巷效果，故底板抽放巷層位的選擇是影響快速成巷的關鍵因素[3]。

3）巷道支護。底板抽放巷一般采用錨網索聯(lián)合支護方式，錨桿、索的施工密度大，繁雜的支護程序和高密度的支護形式，嚴重地制約掘進速度。

4）運輸系統(tǒng)。巖巷掘進最重要的環(huán)節(jié)就是出矸，現(xiàn)有一般使用礦車，工序繁雜，無法進行連續(xù)性。

5）作業(yè)方式。根據(jù)現(xiàn)場施工經驗，巷道掘進過程中支護耗時所占比重達到70%，若能實現(xiàn)掘支一體化作業(yè)，則可優(yōu)化掘進時間，提高掘進效率。

6）管理水平。高效的組織管理模式和良好的獎懲制度，能促進技術人員的安全意識、工作積極性以及各工序的銜接能力等方面得到較大的提高。

3 巖巷綜合機械化快速掘進

1）改進掘進技術裝備。高效機械化掘進是巷道快速掘進技術的必要條件，要提高掘進效率，就必須采用綜合機械化作業(yè)，才能適應礦井多變的地質條件。在充分考慮掘進層位圍巖情況的基礎上，引入EBZ－318型掘進機，這套設備的特點為效率高、重心低、工作穩(wěn)定性好；破巖能力強，截齒能力強；元部件可靠性高；系統(tǒng)簡單可靠，便于維護。掘進機截割功率318 kW，裝機總功率318 kW，質量128 t，截割斷面5 000 mm×4 800 mm，可截割普氏系數(shù)為8以下的巖石：最大切割巖石的強度為10 MPa。適應坡度±19°，外形尺寸長×寬×高13 100 mm×2 910 mm×2 630 mm。

2）合理選擇掘進層位。礦井以往底板抽放巷層位選擇時，均在煤層以下8～12 m左右的L9灰?guī)r底界掘進中（L9灰距L8灰?guī)r間距1.8～2.0 m），巷道中高一般3.2 m，掘進期間需破8灰?guī)r1.2～1.4 m，一是L8灰?guī)r硬度系數(shù)在8～20，現(xiàn)有國內的綜掘機無法直接截割，需人工松動爆破掘進，單班循環(huán)進尺嚴重受限。二是L9灰?guī)r以下有一層0.1～0.3 m煤線，極易冒落，支護困難，成線差，后期施工穿層孔時，容易引起塌孔，冒落。三是距煤層較近，規(guī)定控制7 m的法線距離，掘進期間受構造影響容易誤揭煤。綜合以上分析，選擇合適的掘進層位尤為重要，故礦井選擇L8灰?guī)r底界作為掘進標志層，此層位厚度8～12 m，距煤層法線距離18～20 m，硬度系數(shù)8～20，支護簡單，完全符合礦井實際情況。

3）巷道斷面及支護優(yōu)化。巷道支護為錨網索+噴漿聯(lián)合支護，以錨桿和金屬網支護為主，配以錨索補強。因此從經濟角度考慮，在滿足通風的要求、鉆機布置要求、掘進設備尺寸的前提下，對巷道規(guī)格進行優(yōu)化，確定巷道的掘進寬度為5 000 mm，掘進高度3 200 mm。沿L8灰?guī)r底界掘進，直接頂為L8灰?guī)r，平均厚度9.65 m，屬于穩(wěn)定巖層，適合錨網支護。根據(jù)懸吊理論計算，并結合礦井現(xiàn)有錨桿類型，以及與相近巷道的支護經驗進行類比分析，確定巷道頂、幫部選用Ф22×2 400 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，頂部錨桿間、排距1 400 mm×1 200 mm，幫部錨桿間、排距1 000 mm×1 200 mm，有原來單排循環(huán)進尺0.8 m調整為1.2 m，錨桿由原來的18根優(yōu)化為12根，全斷面采用鋼筋網護頂、幫，鋼筋網規(guī)格為：1 500 mm×1 100 mm，網孔規(guī)格75 mm，網與網搭接長度不小于100 mm，相鄰兩塊網之間用14號鐵絲雙排連接，雙排連接、三花布置，雙股鐵絲捆扎不小于2圈。

4）完善運輸系統(tǒng)。一是出矸系統(tǒng)的完善，在底抽巷車場口處施工出矸倉（長20 m×寬2.5 m×深2 m），保證可存6～8 m的矸石量，利用P-60型耙矸機出矸至礦車內，再利用電瓶車（1次8～10輛礦車）中轉至主提升中，實現(xiàn)連續(xù)出矸的工作方式，極大較少出矸系統(tǒng)人員和時間。二是軌道運輸系統(tǒng)優(yōu)化，由原來無極繩絞車運輸改為氣動單軌道系統(tǒng)，較少了軌道敷設的工序，極大縮減了運輸人員和作業(yè)工程量。

5）抓好作業(yè)循環(huán)組織。在掘進生產中以割矸、上網、支護、出矸等關鍵工序為主線，其他工序盡量做到平行作業(yè)。在支護同時使用3～4臺錨桿鉆機施工頂板錨桿，2臺手持式風鉆施工護幫錨桿，同時優(yōu)化錨桿施工程序，在鉆孔施工同時，由裝桿人員將錨桿、托板、墊片等按順序安裝成套，注桿時一次性注入，使支護時間由原來的70 min下降到40 min，極大地提高了工作效率。

6）靠機制調動積極性。一是制定《進尺臺階激勵管理辦法》，每月制定內部進尺基數(shù)，完成進尺計劃按獎勵基數(shù)兌現(xiàn)，獎勵基數(shù)為2萬元（單個掘進工作面），提高了班組安全快速掘進的積極性。二是為了強化激勵機制，采用靈活多樣的工資分配政策調動員工生產的積極性，工資向技、苦、臟、累、險崗位傾斜，真正實現(xiàn)多勞多得。實行責任追究。班組內按工種分成頂板支護、護幫支護、掛網聯(lián)網等班組，分別承包巷道成型、支護質量、聯(lián)網質量等。三是礦井制定了《掘進巷道工程支護質量及工資結算驗收考核管理辦法》，每旬對各掘進巷道進行工程質量驗收，并于月底進行全面復驗，驗收結果直接與施工隊組當月工資掛鉤，不合格進尺直接扣除，同時對施工責任者進行重罰，要求其采取措施進行整改，促進施工人員按標準作業(yè)，施工合格工程。

4 應用效果

1）巷道掘進裝備技術是快速掘進技術的關鍵，通過引進EBZ-318懸臂式掘進機掘進，巷道掘進效率得到顯著提高，巷道的日進場由原來的掘進進尺2.4 m/d，提高到8 m以上，月進尺維持在130 m以上，最高155 m，掘進速度提高了3倍，掘進效率大幅提高。

2）在巷道圍巖穩(wěn)定的情況下，由原來單排循環(huán)進尺0.8 m調整為1.2 m，錨桿由原來的15根優(yōu)化為12根。

3）在巷道斷面及支護優(yōu)化后，先后安裝9臺頂板離層儀，通過日常對頂板離層儀數(shù)據(jù)進行采集和分析，結果發(fā)現(xiàn)9處觀測點（近300 mm范圍內）沒有離層現(xiàn)象，頂?shù)装逡平孔畲笞兓癁? mm，兩幫移近量最大變化6 mm，支護強度完全滿足巷道支護需求。