大断面半煤岩巷快速掘进施工技术研究

杨仁树，王 旭

(中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院，北京 100083)

煤巷掘进涉及工序较多，技术复杂，而且受地质条件和水文条件的影响较大。因此，在防止发生掘进安全事故的前提下，提高煤炭企业巷道掘进速度，对保证我国经济增长对煤炭资源的需求具有重要的意义。本文通过采用液压支护钻车，优化劳动组织，改进工艺流程等施工技术的实现，在改善作业环境和降低劳动强度的同时，实现大断面半煤岩巷安全和快速地掘进，以推动煤炭企业巷道掘进现代化、机械化和高效化的发展。

1 工作面概况

快速掘进项目选取在一采区1204巷工作面。该工作面东临集中轨道巷，南临已停采密闭的1202工作面，西临西一采区的采区边界，北为已停采密闭的1206工作面。该工作面煤层属于二迭系下统山西组2#煤层，平均厚度为2.5m，该煤呈块状，半亮形煤，稳定可采。具体结构为：0.86(0.59)、0.13(0.12)、0.9，中间夹二层矸石，倾角为0°～10°。

煤层老顶为致密坚硬，不易跨落的砂岩，厚度为6.11m，直接顶为易跨落的沙质页岩，厚度为1.6m，直接底为砂岩，呈透镜状水平层理，具有裂隙，厚度为2.4m，老底为细粒砂岩，致密坚硬，厚度为2.42m。

1204工作面涌水量不大，充水因素主要是K8砂岩，但其富水性不均匀，补给条件差，所以对生产不会造成威胁。

为了方便利用液压钻车进行支护，需要对1204巷道断面进行优化，优化前后的1204巷道参数对比如表1所示。

表1 1204巷断面优化前后参数对比表

2 施工技术准备

2.1 巷道支护方式

巷道支护方式为锚-网-索联合支护。目前具体支护方案为：顶板铺上1000mm×4400mm的16#铅丝，第一排支护和第二排支护采用5根φ20mm×2400mm的螺纹钢锚杆和1根φ17.8mm×6500mm的钢绞线锚索，锚索呈迈步式布置。所有顶锚杆和顶锚索全部配合使用规格为300mm×300mm×12mm的钢板支护。锚杆(索)间距为800mm，排距为1000mm。

帮锚杆左帮每排打四根规格为φ16mm×2000mm的A3圆钢锚杆，配合400mm×280mm的W型钢带，W型钢带横向布置，锚杆呈矩形垂直巷帮布置，其中上排锚杆距顶板200mm，锚杆间距900mm，排距1000mm。两帮锚杆支护时与顶锚杆错开0.5m。

2.2 施工设备

1204巷工作面使用EBZ-160型掘进机与DSP-1045/800型皮带输送机进行掘进工作，采用CMM2-15煤矿用液压钻车进行巷道支护工作。EBZ-160型掘进机截割振动小，过断层能力强，稳定性强。CMM2-15能够实现巷道工作面支护的机械化作业，最大定位支护断面可达36m2，适应巷道工作坡度为±15°，能够在含有瓦斯等爆炸性混合气体的矿井中使用，是大断面巷道快速掘进首选的一种先进设备。

2.3 施工组织

施工组织采用三八制作业，其中早班8小时，4小时用于掘进支护，4小时安排大班维修组进行设备检修和维护，中班和夜班8小时全部由于掘进和支护，只配备安排1名维修工和1名电工在掘进机掘进时对液压钻车进行检修和维护，在打锚杆时对掘进机进行检修和维护，以便及时排除设备故障隐患，节约支护时间，加快掘进速度。

3 快速掘进工艺流程

1204巷快速掘进工艺流程采用综合机械化掘进和支护。截割机采用下部进刀，左右循环，由下向上截割顺序截割。掘进司机进入工作面后，首先执行敲帮问顶制度，检查加固支护。没有问题后，响铃通知皮带工，启动皮带输送机。一切就绪后接通掘进机电源，启动油泵，打开内外喷雾，摆动截割头到巷道轮廓线右下角，启动截割头，开动行走部向前进刀，截深达规定深度后停止行走，截割头向左摆动，平扫割煤至左帮轮廓线后沿轮廓线向上截割达到一定高度，向右平扫，继续向上截割，左右平扫，直至割至顶板，最后挑顶、刷帮和清底，一个切割循环完成。截割完成后，还需要使用手镐对巷道进行整形。

使用CMM2-15煤矿用液压钻车进行巷道支护的流程为：退出掘进机，进液压钻车，并调整至合适位置；用尺测量顶眼的距离，确定顶眼的位置；使用液压钻车的超前支护进行临时支护；使用钻车打设顶锚杆和锚索；铺设金属网；上钢板并进行预紧；打设上部两根帮锚并铺金属网；上钢带并进行预紧；完毕后调整液压钻车位置进行第二排支护。第二排支护首先进行临时支护；使用钻车依据第一排锚杆和锚索的位置打设第二排顶锚杆和锚索；铺设第二排金属网，并上钢板进行预紧；打设上部两根帮锚并铺金属网，并上钢带进行预紧，第二排支护完成。调整液压钻车位置进行第三排支护，首先进行临时支护；使用钻车依据第二排锚杆和锚索的位置打设第三排顶锚杆和锚索；同时配合使用风动锚头补打第一排下部两根帮锚杆；铺设第三排金属网，并上钢板进行预紧；打设上部两根帮锚并铺金属网，并上钢带进行预紧，第三排支护完成。退出液压钻车，进综掘机开始下一循环。

4 支护速度主要影响因素分析

在现阶段，通过现场的分析，还存在着许多影响快速掘进的因素，主要如下：

1)职工配合。工人已经能够完全独立操作钻车，熟练程度也逐渐提高，但由于使用钻车支护是一个各工种协作过程，需要钻车操作工人、钻杆拆装工人和材料递送工人密切配合。但是目前，各个工人的配合度还不够，因此，建议工人之间多加强沟通，确定工序流程，明确各自的职能和分工，避免出现工序混乱的情况。还要要求各班实现掘进工作面交接班，如果支护没有完成，上一班必须为下一班保留至少足够支护一排的支护材料，以便交接班后下一班能够立即开始进行工作，减少空顶时间，在保证安全的前提下为提高支护速度创造条件。另外，建议配齐工人支护工具，如扳手等，避免寻找工具浪费时间。

2)支护方式的改变。目前，为了方便使用液压钻车进行支护，1204巷的支护方式已经改变，不但原来的支护材料和支护工序发生了改变，而且还产生了一些新的支护工序，如需要用尺测量顶眼的距离，以确定顶眼的位置，这就不可避免地改变工人操作习惯，需要工人重新熟悉新工序和新材料，从而增加了支护时间。因此，在保证安全的前提下，需要优化支护工序，确定安全和有效的支护方式以与液压钻车的使用方式相契合，最大限度地实现平行作业，缩短支护时间，以加快液压钻车的支护速度。

3)掘进施工队伍素质的提高。在支护过程中，

由于新设备的应用和新工艺流程的设计，在施工现场很多工人会出现手忙脚乱的情况，严重影响支护速度。因此，应该定期对工人进行培训，使其通过学习业务知识，掌握新的工艺流程和各工序对技术的要求，并定期进行技术练兵，给予优胜者一定的精神和物质奖励，以强化工人的技术水平。此外，为调动工人的积极性，应该建立有效的激励机制，以鼓励工人加强学习，提高技术水平，加快掘进和支护速度。

4)钻车使用故障的排除。在使用过程中，钻杆与钻机连接处漏水严重，造成打顶眼时，水压不足，影响钻孔速度，并且常常钻杆眼出现被堵塞的情况损坏钻杆，从而延缓支护速度。虽然使用带密封圈的钻杆，但是密封圈磨损快，所以需要进一步解决钻机漏水问题。此外，还存在钻车一级油缸不能均匀给油，导致速度不好掌握，定眼位时不好控制等问题，也需要予以解决。

5)平行作业的细化。缩短支护时间，提高单进水平，要做到细化平行作业。如工作面掘出后，使用液压钻车打设顶锚杆和锚索和上部两根帮锚，下部的两根帮锚杆留给支护人员使用风动锚头补打，这样不仅实现了平行作业，缩短了巷道支护所用的时间，而且还可以防止上帮片帮。在地质条件较好的地区，在不影响迎头安全的情况下，可以将打设顶锚索滞后到掘进机的后部实施，从而实行平行打设，加快支护速度。在掘进机掘进时，应该将支护所用的材料，搬运到支护地点附件。