复杂地质条件下综掘施工工艺研究及应用

武志俊 翟佳道 冯国海

（淮北矿业集团公司桃园煤矿 安徽 宿州 234116）

0 引言

桃园煤矿综掘二区施工的1003机、风巷地质条件复杂，频繁遭遇褶曲构造，在掘进中最大上山坡度达22°，下山坡度达到23°，而综掘机一般适用于16°以下的巷道上、下山掘进。以往遇到此类情况，一般都是甩掉综掘机使用炮掘。由于接替较紧张，所以对大坡度综掘施工工艺的研究及应用对提高进尺和保证安全就显得极为重要。

1 工作面概况

1003工作面是一水平零采区左翼第二个工作面，该工作面设计走向长580m,倾斜长135m，煤厚0.6～4.7m，平均为3.27m，局部含有一层平均厚度0.2m的泥岩夹矸，煤层倾角10～27°，平均为 22°。

机、风巷在掘进过程中，由于受地质条件变化影响，最大上山坡度达22°，长度112m，最大下山坡度达到23°，长度40m。

1003风巷采用U型棚支护，净高2.93m，净宽3.65m，采用EBZ-132TY型综掘机掘进；1003机巷采用工字钢棚支护，净高2.8m，净宽3.5m，采用EBZ-160TY型综掘机掘进。

2 施工时存在的问题

2.1 掘进时局部坡度超出了综掘机的适用坡度，不但造成综掘机行走困难，而且综掘机还会因自身重力的分力产生下滑现象。

2.2 巷道坡度的增大，综掘机在截割时，由于后支撑伸缩量小、起不到完全支撑作用，出现不稳定现象，造成无法截割。

2.3 不能顺利的完成延伸皮带等相关工作。

2.4 存在安全问题。综掘机因自身重力的分力产生下滑现象明显，容易造成放大滑事故。

2.5 容易造成综掘机本身的损伤。

3 原因分析

大坡度施工条件下，掘进机容易下滑，爬不上去，其原因主要是行走力不够，具体体现在以下三点：

3.1 综掘机履带直接走在浮煤上时，因为浮煤较碎而且较光滑，履带转动时往往浮煤被带起，导致履带和底板之间的摩擦力变小，不能满足综掘机行走和固定的需要。

3.2 在巷道坡度较大时，综掘机倾斜度角度就较大，这样，综掘机自身重力向下的分力也就较大，而这个分力是导致综掘机下滑的一个重要因素，所以，解决综掘机自身的倾斜度是解决综掘机大坡度上山的又一个关键问题。

3.3 皮带机尾直接卧在地板上，向前拉动时摩擦力较大，大倾角时，自身同样存在下滑力，且拉动时皮带的张力也很大。大倾角下，综掘机本身行走已经很困难，无法再克服阻力拉动皮带机尾。

以上三个问题得到解决后，综掘机大坡度掘进的难题就解决了。

4 解决措施

在进行了原因分析之后，在有关科室的技术指导下进行了技术方面的分析与论证，具体分析情况如下：

4.1 针对大坡度上山时履带和底板之间摩擦力较小和综掘机倾斜度角度较大的现象，采用在综掘机履带后部和后支撑下面的底煤上垫半圆木，人工制造台阶的方法来解决。这样既增加了底板的摩擦力，又减小了综掘机向下的分力（增加了综掘机后面的高度，减小了综掘机的倾斜度）。

下山施工时在综掘机履带前部下面的底煤上垫半圆木。

4.2 合理的调节和分配行走部液压。综掘机行走部和刮板机共用一个液压泵。在适当的提升总输出压力的前提下，关闭刮板机，将全部压力分配到行走部，从内部提升行走的动力。

4.3 上山施工时将皮带机尾架和皮带分开延伸。延伸时，先在综掘机下垫好半圆木，再延伸皮带，待皮带拉松散之后，向前拉动皮带机尾架，拉至预定位置后，张紧皮带，完成一次延伸。

4.4 采用辅助设备牵引。在综掘机后安装一部大功率回柱绞车，利用大吨位回头滑子或直接挂在综掘机身上，提供额外的牵引力。

5 现场应用

在1003机、风巷施工期间，针对最大坡度23°的上、下山情况，通过和有关科室领导相结合，采用留底煤和用半圆木垫在底板上的方法进行施工。具体做法如下：

掘进机在爬坡过程中前后高差大，打上支撑也很难克服边行走边割煤下滑，所以割煤前先调节好液压，然后升起支撑，在浮煤上垫半圆松木使掘进机爬行。同时开启绞车，进行牵引。这样不但减小了自身的倾斜度和确保了综掘机割煤时的稳定性还增大了摩擦力，随走随垫木头向前延伸皮带，延伸完毕后进行割煤。割煤后退机，迎头进行帮、顶的支护，后面人工清理浮煤，这样多工序同时作业，节省了作业时间，再按此方法向前爬行进行下一个循环工作。

这种方法在1003工作面的掘进中，克服了掘进机本身存在的缺陷，解决了大倾角上、下山掘进工程中的难题。跟炮掘相比，不但减少了搬运、安装、拆除设备（链板机）的工时，还大大降低了劳动强度，并且质量达到优良品，既保证了安全又保证了采煤面的接替。

6 缺陷及建议

虽然使用半圆木台阶法施工解决了大倾角综掘施工的难题，但是实际操作中，仍然存在很多问题。集中体现在：

6.1 材料大量消耗。制造台阶用的半圆松木大量使用，且不可复用，同时废弃的半圆木给以后订道造成障碍。

6.2 增加了施工工序，提高了劳动强度，降低了劳动效率。每班必须转运一车半圆木用来制造台阶，不但增加了运输系统的负担，还容易造成安全隐患。搭设台阶也提高了循环所需工时，降低了单进效率。

6.3 容易损坏综掘机配件。调节压力后，局部液压已经超出了油管的承受极限，现场施工中，大量油管密封圈损坏。

由于爬坡困难的原因主要体现在行走力的问题上，而台阶法施工主要在于解决外部环境条件，所以以提升行走力为研究方向，借鉴其他矿井的经验，对解决综掘机本身的问题，提出了以下几种设想，供大家探讨：

（1）改造履带，适当的改变履带花纹类型，增加花纹密度，增加接地面积，这样就提升了摩擦系数，提升了摩擦力。

（2）改造液压系统，增加辅助油缸。这样提升了综掘机的内部驱动力，起到了增加行走力的作用。

（3）改进前后支撑。适当的加长前后支撑和提升支撑压力可以有效的提高机体截割时的稳定性。

7 推广应用的前景和意义

通过大坡度综掘施工工艺在掘进工作面的应用，取得的效果极为明显，为煤矿以后的大坡度上、下山巷道的掘进提供了可靠的依据，为提高综掘单进，加快综机掘掘进进尺，保证煤矿正常接替解决了现实的问题。

［1］朱真才，韩振铎,等.采掘机械与液压传动[M].徐州:中国矿业大学出版社，2005,2.