15204 工作面機(jī)械化快速沿空留巷成套裝備及工藝的實(shí)踐

田 方

（山西陵川崇安關(guān)嶺山煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048313）

1 工程概況

山西陵川崇安關(guān)嶺山煤業(yè)兼并重組后礦區(qū)總面積7.19 km2，地質(zhì)儲量31 553.9 kt，生產(chǎn)規(guī)模60萬t/a，主要開采2#、3#、15#煤層。

15204 工作面位于二采區(qū)東翼，其中工作面長度151 m，巷道長度1074 m，留巷 1044 m，工作面平均埋深約130 m，主要開采15#煤層。煤層厚度為2.75～5.34 m，平均厚度4.19 m；煤層傾角為0～10°，平均傾角6°；K2 灰?guī)r頂板，厚度為4.8～9.7 m，平均厚度7.5 m。15204 工作面運(yùn)輸巷沿15#煤頂?shù)装宀贾?，凈? m，凈高4.3 m，錨網(wǎng)支護(hù)。

2 沿空留巷技術(shù)方案的設(shè)計(jì)

2.1 沿空留巷技術(shù)以往應(yīng)用分析

關(guān)嶺山煤業(yè)從2010 年起開始應(yīng)用沿空留巷技術(shù)進(jìn)行開采。該煤礦30104 工作面曾采用巷旁無充填自然矸石垛支撐法進(jìn)行沿空留巷，效果顯著，但問題較多。該工作面沿空留巷技術(shù)應(yīng)用過程中問題主要表現(xiàn)在：（1）巷道頂板下沉、易發(fā)生底鼓，巷道兩幫鼓出量大，巷道維護(hù)困難；（2）留巷支撐壓力區(qū)單體損壞率高達(dá)35%左右；（3）動壓影響范圍高達(dá)120 m 左右，須鋪設(shè)多部刮板輸送機(jī)用于接力出渣，工作量大，設(shè)備維護(hù)和管理難度較大；（4）留巷段內(nèi)作業(yè)空間狹小，支設(shè)有密集單體，工作量多且勞動強(qiáng)度大，安全系數(shù)較低。因此，該沿空留巷技術(shù)方案有待優(yōu)化改進(jìn)。

2.2 沿空留巷技術(shù)方案的設(shè)計(jì)

基于提高留巷效率，降低留巷成本，改善工作環(huán)境的目的，在關(guān)嶺山煤業(yè)15204 工作面設(shè)計(jì)應(yīng)用切頂爆破卸壓110 工法，其布置方式如圖1。在工程研究中，基于15204 工作面地質(zhì)、工藝等情況，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行基礎(chǔ)研究、模擬試驗(yàn)和理論分析，在現(xiàn)場進(jìn)行切頂卸壓條件下無煤柱自成巷開采技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)，實(shí)行室內(nèi)研究與現(xiàn)場工作互補(bǔ)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)圍繞“切頂卸壓自成巷、安全高效低成本”為中心開展，并制定相應(yīng)施工工藝、生產(chǎn)組織和配套的安全措施[1-6]。

圖1 切頂爆破卸壓110 工法布置方式示意圖

具體實(shí)施方案：在超前工作面50～70 m 位置設(shè)計(jì)超前預(yù)裂爆破切頂卸壓，將巷道空區(qū)側(cè)頂板沿走向拉開一條縫，降低留巷受采動影響壓力，進(jìn)而可以大幅度降低留巷的變形量，保持巷道圍巖的穩(wěn)定性。在礦山壓力作用下頂板沿切縫面垮落形成巷幫，降低留巷圍巖應(yīng)力。采用可伸縮U 型鋼支架配合雙層金屬網(wǎng)，對留巷空區(qū)側(cè)進(jìn)行擋矸和支護(hù)。15204 工作面為中薄煤層開采，工作面推進(jìn)快，沿空留巷進(jìn)度慢，施工安全性能較差。為實(shí)現(xiàn)快速沿空留巷，制定了機(jī)械化快速沿空留巷成套裝備及工藝，為實(shí)現(xiàn)安全高效開采目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

3 機(jī)械化快速沿空留巷成套裝備及工藝設(shè)計(jì)方案

基于切頂爆破卸壓110 工法開采技術(shù)的施工過程，在預(yù)裂爆破孔環(huán)節(jié)、沿空留巷成巷整修環(huán)節(jié)、出渣環(huán)節(jié)進(jìn)行了機(jī)械化快速施工作業(yè)設(shè)計(jì)，如圖2。

圖2 機(jī)械化快速沿空留巷作業(yè)設(shè)計(jì)示意圖（m）

3.1 DCA-45 型自動成巷超前切縫鉆機(jī)

15204 工作面“切頂卸壓沿空成巷”工藝流程中，其關(guān)鍵工序是在巷道頂板施工一排定向爆破孔，為回采過程中爆破切頂做前期準(zhǔn)備。爆破孔的施工必須滿足成孔質(zhì)量較好、鉆孔角度誤差小、所有鉆孔需成一條直線、所有鉆孔平行等要求。針對高質(zhì)量成孔要求，確定采用DCA-45 型自動成巷超前切縫鉆機(jī)進(jìn)行施工，結(jié)構(gòu)示意圖如圖3。

圖3 DCA-45 型自動成巷超前切縫鉆機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

切縫預(yù)裂爆破鉆孔施工方案：采用DCA-45 型自動成巷超前切縫鉆機(jī)在順槽巷道走向沿工作面進(jìn)行超前煤壁施工切頂卸壓的方式進(jìn)行超前爆破，切頂線位于工作面?zhèn)认飵?00 mm 位置處，切縫鉆孔設(shè)計(jì)規(guī)格為Φ50 mm×85 000 mm，切頂線上布置單排鉆孔，間距600 mm。

3.2 MWD5.1/0.13L 型液壓挖掘機(jī)

在15204 工作面“切頂卸壓沿空成巷”工藝流程中，設(shè)計(jì)在沿空留巷成巷整修段采用MWD5.1/0.13L 型液壓挖掘機(jī)進(jìn)行擴(kuò)幫臥底。MWD5.1/0.13L 型液壓挖掘機(jī)主要由挖斗、工作裝置、回轉(zhuǎn)平臺、液壓系統(tǒng)、底盤總成、機(jī)罩、電氣系統(tǒng)等組成。該設(shè)備主要應(yīng)用于坡度小于4%的巷道掘進(jìn)中的裝巖、清底、擴(kuò)幫、擴(kuò)頂?shù)耐诰蜃鳂I(yè)。

MWD5.1/0.13L 型液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊、設(shè)備尺寸較小，可以在留巷狹小空間內(nèi)完成臥底、擴(kuò)邦、擴(kuò)頂?shù)日薰ぷ??；剞D(zhuǎn)平臺可完成180°旋轉(zhuǎn)，機(jī)械臂和鏟斗完成360°旋轉(zhuǎn)，在成巷整修段時能實(shí)現(xiàn)機(jī)械化無死角施工作業(yè)，大幅度提高工作效率，降低職工勞動強(qiáng)度。

3.3 DSJ65/10/2×40 型自移式帶式輸送機(jī)

在15204 工作面“切頂卸壓沿空成巷”工藝流程中，在出渣環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)采用DSJ65/10/2×40 型自移式后置驅(qū)動變頻永磁滾筒帶式輸送機(jī)進(jìn)行出渣。該設(shè)備與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接情況如圖4。

圖4 帶式輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接示意圖

DSJ65/10/2×40 型自移式帶式輸送機(jī)采用后置驅(qū)動方式，在15204 工作面布置時將設(shè)備驅(qū)動裝置固定在留巷最里端，不隨巷道推進(jìn)進(jìn)行外移；卸載裝置與轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾采用萬向聯(lián)軸節(jié)連接，隨工作面推進(jìn)自移前進(jìn)；伸縮部布置在留巷中部，采用多節(jié)儲帶倉進(jìn)行延長。采用一部DSJ65/10/2×40 型自移式帶式輸送機(jī)進(jìn)行出渣的方案設(shè)計(jì)，大幅度簡化了以往采用多部刮板輸送機(jī)接力出渣的運(yùn)輸環(huán)節(jié)，適合在15204 工作面留巷空間小、巷道變形快、臥底量大條件下應(yīng)用。

4 實(shí)踐應(yīng)用效果分析

（1）機(jī)械化快速沿空留巷成套裝備及工藝應(yīng)用有效提高了15204 工作面沿空留巷效率，實(shí)現(xiàn)了中煤層工作面沿空留巷的機(jī)械化修復(fù)，留巷內(nèi)作業(yè)的工作人員數(shù)量大幅度減少，工作人員勞動強(qiáng)度大幅度降低，留巷內(nèi)設(shè)備運(yùn)輸工作量大幅度降低，井下安全事故發(fā)生率大幅度降低，有效實(shí)現(xiàn)了15204工作面安全高效留巷的目標(biāo)。

（2）機(jī)械化快速沿空留巷成套裝備及工藝應(yīng)用大幅度提高了留巷內(nèi)工效，留巷內(nèi)工效從以往的0.13 m/工提高到0.28 m/工，工效提高了115%。

（3）機(jī)械化快速沿空留巷成套裝備及工藝應(yīng)用大幅度降低了沿空留巷成本。沿空留巷每米成本從以往5084 元降低至2562 元，沿空留巷每米成本降低2468 元，降低幅度高達(dá)48.5%。15204 工作面留巷長度約910 m，對比之前留巷技術(shù)節(jié)約成本約225 萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。