高應(yīng)力大傾角切眼綜掘施工工藝優(yōu)化

蘇澤明

（山西省汾西礦業(yè)（集團）有限責(zé)任公司雙柳煤礦， 山西 柳林 033300）

0 引言

埋藏深度較大且傾角超過25°的巷道普遍采用炮掘小斷面切眼后刷擴巷幫方式，雖然可滿足掘進施工需求，但普遍存在施工效率偏低、工作人員勞動強度大以及掘進對圍巖擾動大等問題，導(dǎo)致圍巖成型效果不佳、支護難度大等問題[1-3]。綜掘方式具有機械化程度高、掘進效率高等優(yōu)點，是實現(xiàn)巷道快速掘進的主要技術(shù)途徑[4-5]。將綜掘方式應(yīng)用到高應(yīng)力大傾角巷道施工中可明顯提升巷道掘進效率[6]。山西某礦31302 工作面切眼采用EBZ230 綜掘機掘進以期提升掘進效率，文中就綜掘機在高應(yīng)力大傾角切眼中應(yīng)用存在問題進行分析，并針對掘進工藝進行優(yōu)化，以期能在一定程度提升高應(yīng)力大傾角巷道掘進效率，提升煤炭生產(chǎn)效率。

1 31302 工作面概況及綜掘存在問題

1.1 31302 工作面概況

31302 工作面回采的13 號煤層埋深680 m，回采的13 號煤層厚度4.1 m，傾角23°～28°，采面設(shè)計推進長度980 m、切眼斜長為182 m。13 號煤有厚度0～0.5 m 的泥巖偽頂；直接頂為石灰?guī)r、厚度2.63 m；基本頂為砂質(zhì)泥巖、厚度8.32 m。底板為泥巖、砂巖及石灰?guī)r。切眼沿13 號煤底板掘進，矩形斷面（凈寬7.7 m、凈高4.0 m），采用先掘進小斷面巷道后刷擴巷幫方式，首先掘進寬度4.0 m、刷擴寬度3.7 m。采用錨網(wǎng)索支護工藝，如圖1 所示。錨桿、錨索間排距分別為1 000 mm、1 000 mm，2 000 mm、2 500 mm，中部布置的木點柱按照3 000 mm×3 000 mm 間排距布置。

圖1 切眼支護斷面示意圖（單位：mm）

1.2 綜掘存在問題分析

31302 工作面切眼采用EBZ-230 綜掘機掘進，具體使用的掘進機技術(shù)參數(shù)如表1 所示。在采用綜掘機過程中主要面臨片幫嚴重、掘進機溫度性能差以及運輸困難等問題，具體表現(xiàn)為：

表1 綜掘機技術(shù)參數(shù)

1）在大傾角巷道中掘進時，掘進迎頭位置頂板出現(xiàn)一定程度片幫；

2）巷道坡底傾角介于23°～28°，坡度超過綜掘機最大坡度，加之在掘進過程中冷卻水及噴霧導(dǎo)致底板有一定積水，導(dǎo)致綜掘機在掘進期間出現(xiàn)行走困難；

3）傾角大掘進期間容易出現(xiàn)飛矸傷人問題；

4）物料運輸困難，施工人員現(xiàn)場工作時存在勞動強度大以及效率不高等問題。

2 綜掘工藝優(yōu)化

根據(jù)31302 工作面切眼掘進現(xiàn)場情況，從片幫防護、掘進優(yōu)化以及引進大傾角運輸設(shè)備等方面出發(fā)，對高應(yīng)力大傾角切眼掘進工藝進行改進優(yōu)化[7-8]。

2.1 引進防片幫裝置

切眼開挖后及時前移臨時支護前探梁并固定防滑鏈；在前探梁前端安裝由防片幫裝置（鋼筋網(wǎng)制作），具體設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖2 所示，通過臨時支護提高掘進安全保障能力。在掘進迎頭用2 根錨桿壓一片鋼筋網(wǎng)（網(wǎng)片規(guī)格3 m×3 m）實現(xiàn)掘進區(qū)域金屬網(wǎng)全斷面封閉，避免后續(xù)支護期間出現(xiàn)片幫傷人問題。

圖2 防片幫裝置示意圖

2.2 優(yōu)化掘進工藝

2.2.1 構(gòu)建人造平臺

在綜掘機后方裝矸以便為綜掘機前移提供人造平臺，具體現(xiàn)場情況如圖3 所示。根據(jù)以往掘進經(jīng)驗，布置的人造平臺長度超過13 m，坡度在12°以內(nèi)即可滿足行走需要。在人造平臺上，綜掘機不會出現(xiàn)下滑問題，同時人造平臺便于綜掘機移動以及截割巷道下部斷面。

圖3 大傾角巷道綜掘設(shè)備布置示意圖

在綜掘機履帶上布置牽引油缸、鏈條（Φ265 mm），油缸兩端分別連接到錨桿、掘進機上，并通過液壓支架推移油缸，避免綜掘機停機期間下滑。油缸伸縮受綜掘機上液壓控制系統(tǒng)控制，控制手柄位于綜掘司機操作臺位置。當(dāng)綜掘機停止運行時，伸縮油缸以便固定綜掘機機身；當(dāng)出現(xiàn)爬坡困難時則收縮油缸給綜掘機提供一定牽引力。

2.2.2 截割路線優(yōu)化

在大傾角巷道內(nèi)掘進時，由于大傾角巷道底板與綜掘機間摩擦力小、加之巷道底板潮濕等導(dǎo)致綜掘機按照原有截割路線掘進時機身異常振動情況嚴重。根據(jù)以往掘進經(jīng)驗，提出從由下及上、由左到右方式，在截割頭上提時會增大掘進機對底板壓力，避免出現(xiàn)打滑問題。

2.3 引進大傾角帶式輸送機運輸設(shè)備

針對大傾角巷道運輸困難且在運輸過程中容易出現(xiàn)傾倒或者灑矸等問題，引進適用于大傾角運輸?shù)膸捷斔蜋C。該帶式輸送機輸送帶類型為大包角、花紋輸送帶，輸送帶具備較大的摩擦系數(shù)，從而增加運輸過程中的摩擦阻力，避免出現(xiàn)運輸?shù)拿喉窛L動情況；同時大包角輸送帶減少了煤矸在輸送帶上攤鋪面積，可實現(xiàn)集中運輸；在機架上間隔24 m 布置防飛矸裝置，避免飛矸傷人；在機尾處布置防倒繩，避免在重載情況下帶式輸送機整體下滑。

2.4 優(yōu)化物料及設(shè)備運輸方式

31302 工作面設(shè)計使用單吊軌運輸刮板輸送機，并在切眼施工期間在頂板上布置單軌吊梁。根據(jù)現(xiàn)場情況，提出采用單軌吊梁+14 t 液壓絞車+承載車方式進行物料運輸。在切眼靠近運輸巷位置施工絞車硐室（規(guī)格4.5 m×2.2 m×2.5 m），并采用4 根規(guī)格Φ22 mm×2 200 mm 地錨桿固定絞車。固定液壓絞車前應(yīng)先清理并硬化巷道底板，在掘進機后方3～5 m 位置在施工錨桿并安裝導(dǎo)向輪（20 t），通過絞車牽引即可實現(xiàn)物料運輸。

3 結(jié)論

1）對于高地應(yīng)力大傾角切眼掘進期間，若采用傳統(tǒng)的炮掘方式掘進，存在掘進效率低、工作人員勞動強度大以及掘進對頂?shù)装鍞_動明顯等問題，加之?dāng)嗝娲髮?dǎo)致圍巖支護難度明顯增大。為此，文中提出采用綜掘方式掘進31302 工作面切眼。

2）對31302 工作面切眼綜掘期間面臨的問題進行分析，并根據(jù)以往經(jīng)驗以及現(xiàn)場技術(shù)情況，對綜掘工藝進行優(yōu)化，具體措施包括有引進防片幫裝置強化迎頭支護，避免冒落煤矸石影響后續(xù)掘進；通過構(gòu)建人工平臺降低掘進迎頭綜掘機布置傾角，為綜掘機截割工作高效開展創(chuàng)造良好條件；優(yōu)化截割路線提高綜掘機截割穩(wěn)定性；引進大傾角運輸設(shè)備實現(xiàn)煤矸運輸穩(wěn)定，避免運輸期間出現(xiàn)煤矸滾動情況；優(yōu)化物料及設(shè)備運輸方式，提高運輸效率。

3）31302 工作面切眼使用綜掘方式后，切眼掘進進尺可達到180 m/月，切眼耗時1 個月即完成掘進工作，期間綜掘機、運輸系統(tǒng)等始終保持穩(wěn)定。而以往切眼采用炮掘方式掘進時耗時普遍在3 個月以上。通過在高應(yīng)力大傾角切眼中使用綜掘方式，實現(xiàn)了快速安全掘進，為采面煤炭早日投產(chǎn)贏取了更多的時間。