特厚煤层大倾角上山机械化掘进管理技术分析

章之燕

（1.开滦 （集团）有限责任公司唐山矿业分公司 ，河北省唐山市，063000；2.中国煤炭学会岩石力学专业委员会，北京市朝阳区，100013）

特厚煤层大倾角上山机械化掘进管理技术分析

章之燕1，2

（1.开滦 （集团）有限责任公司唐山矿业分公司 ，河北省唐山市，063000；2.中国煤炭学会岩石力学专业委员会，北京市朝阳区，100013）

针对大倾角上山掘进在机械化综合配套快速掘进方面没有过多的实践，开滦唐山矿通过合理选择掘进配套设备，改进掘进机液压系统，优化掘进施工工艺和截割方式，建造人工平台等措施，实现了Y485里工作面平均26°、最大29°的大倾角上山机械化掘进，突破了掘进机在大倾角上山施工的限制，为大倾角上山机械化掘进探索了施工技术和工艺。

大倾角 上山掘进 机械化掘进 快速掘进 施工工艺

随着综掘技术与装备迅速发展，形成了以掘进机为主机械化掘进工艺和技术。但对于大于20°的大倾角上山煤层掘进，由于倾角大，矿压显现特殊，工程管理复杂，掘进机的适应程度的限制一直困扰着掘进机械化的发展和应用。

从大倾角煤层上山掘进的矿压显现特征和掘进工艺特点看，煤层上山倾角超过20°时，不利于机械化掘进的因素迅速增加，特别是当上山掘进倾角达到30°左右时，掘进工作面矿山压力显现规律与沿水平掘进时发生明显变化，顶板应力的作用加大了对煤体控制冒落的难度，掘进设备在倾角的作用下下滑加重，掘进工作面顶板控制等问题表现更为突出。针对上述问题，本文对大倾角上山掘进的机械化综合配套快速掘进管理技术方面进行了探索。

1 Y485里工作面地质概况及巷道布置

Y485里工作面位于14水平岳胥区，煤层赋存为盆状，中间低四周高。设计巷道在-752～-1025.2 m深度，煤层倾角22°～30°，平均26°。煤层厚度8.27～12.8 m，平均10.2 m。根据工程揭露及钻孔资料分析，工作面煤层沉积不稳定，结构较复杂，呈块状结构且易碎，断层较多，一般以逆断层为主。水文地质位于岳胥区煤5～煤12弱含水层段，赋水性较差。最大涌水量为0.80 m3／min，正常涌水量为0.50 m3／min。

图1 29U-14 m2金属拱形支架断面图

设计巷道沿煤层倾斜布置，由标高-1025.2 m向-752 m上山沿煤层底板托煤顶掘进，长度770 m。支护采用29U-14 m2金属拱形支架支护，棚距为0.6 m，巷道支护形式及断面尺寸见图1。

2 掘进工作面设备配套

Y485里工作面巷道掘进采用EBZ150A掘进机掘进，功率150 k VA，供电电压1140 V。掘进前80 m时，后路配套运输设备采用SGB620／40刮板输送机，掘进超过80 m后配套运输设备采用SSJ-1200／3×200带式输送机，功率3×200 k VA，中部驱动电压1140 V。供电采用6 k V高压直接送到掘进工作面配电位置的移动变电站。

EBZ150A型掘进机主要技术特征：机体总重42 t；机身高度1.8 m；机体长度9.0 m；装机功率205 k W；滚筒转速46／23 r／min；截割宽度5.0 m；截割高度4.8 m；掘进断面23 m2；适应坡度±16°；履带宽度550 m。

3 针对大倾角掘进所采取的对策

3.1 防止后配套带式输送机跑车和煤矸下滑措施

（1）合理选择带式输送机。为防止带式输送机失控，加大带式输送机功率，将原带式输送机配置的2×200 k VA双电机牵引变为3×200 k VA三电机牵引。在大倾角下山运输时电机为发电状态，在电机磁力的作用下控制带式输送机失控。

（2）增加中部控制。在带式输送机中部适当位置增加驱动动力。

（3）在带式输送机机头驱动装置和中间驱动装置上安装液压制动机构，在停止运转时液压制动装置制动，防止带式输送机下滑失控。

（4）采用大包角胶带，防止胶带跑偏及煤矸在运输过程中散落，发生飞溅。

3.2 合理控制和改进掘进机系统结构

（1）增加掘进机防滑措施。在掘进机订货时要求厂家增加行走部齿的长度及厚度，提高履带强度和履带齿高。

（2）改造掘进机机械液压系统。掘进机因自重产生的下滑力，导致掘进机行走、割煤困难，无法正常顺利进行工作。改造掘进机机械液压系统，提高液压系统的工作压力。将行走的油泵由二联泵改换成三联泵。

（3）改进后支承，将后支撑液压系统压力调高，提高支撑能力。加大后支撑油缸的伸缩长度，利用三联泵作为系统油压来源，协助掘进机行走。

（4）防止掘进机下滑。即随上山掘进向前推移构筑人工平台，减少巷道坡度。构筑人工平台的角度应满足掘进机及其他设备在掘进时能正常工作。人工平台构筑示意图见图2。

图2 人工平台构筑示意

（5）充分发挥掘进机本身的后支撑作用。掘进机在切割煤矸时，后支撑应处于受力状态，以保证掘进机的稳定。掘进机退机、停机时，切割头、铲板必须落地，以增加下滑阻力。

（6）掘进机施工平台后方，挂挡矸帘防止飞矸伤人。平台的一侧用于溜矸，另一侧用于行人和运料。

3.3 顶板管理和运输管理对策

（1）优化截割顺序。由于掘进巷道坡度最大达29°。采用常规截割施工方式存在很大的危险性。因此，根据巷道实际施工情况，改变以往在巷道中底部吃刀往复式割煤方式，改为由巷道上部吃刀，由上向下往复式进行割煤，在截割上部时采用跟进支护，减少顶板暴露时间。截割方式见图3。

图3 掘进机截割方式图

（2）采用超前锚杆控制顶板和煤壁。在大倾角巷道上山掘进时，掘进工作面煤壁自然形成向下倾斜的状态，为保证煤壁不片帮，采用3～4根锚杆在掘进断面上部控制煤壁，使煤壁稳定，见图4。

图4 超前锚杆控制煤壁示意图

（3）当顶板破碎超前锚杆控制困难时，在掘进头采用马丽散浇筑，加固煤体，提高煤体强度和稳定性，马丽散浇筑主要是在工作面掘进头上部的两腮布置2～3个孔，孔深在6～7 m，浇筑量以达到稳定上顶煤体确定。掘进机司机在切割煤体时采用先割上顶，再割底部。割上顶时用撞楔超前控制上顶，一般不超过1 m的空顶距。

（4）掘进运输管理。运输配套方式为掘进机→拖挂转载装置→带式输送机的自移机尾→带式输送机。由于大倾角上山掘进，在运输煤炭过程中存在着煤炭下滑问题，为保证安全，采用在掘进机转载胶带卸载处加装卸载防护，使其在转载过程中落入自移机尾上的煤炭不发生滚动飞溅。

受巷道坡度增大影响，带式输送机机尾无法在掘进机牵引时顺利进行伸拉胶带，配套使用自移液压牵引机尾，实现带式输送机机尾部在液压油缸的作用下自行移动，达到伸拉胶带的目的。

4 施工效果

通过Y485里工作面巷道的掘进实践，在大倾角上山施工时通过留设施工平台以及采取一系列安全保障措施，实现了大倾角上山掘进的综合机械化施工。完成了Y485里工作面的所有工程，掘进全煤巷道770 m，平均掘进进尺达到8.4 m／d，保证了生产衔接和安全生产。为大倾角上山综掘施工摸索出了一种施工方法。

5 结论

（1）实现综掘机掘进大倾角上山施工，关键是在底板留设适宜的施工平台，并保证掘进机施工的稳固性。唐山矿全煤大倾角上山巷道掘进实践表明，一般留设施工平台长度在15～20 m，调整后的坡度达到18～20°左右，就能满足掘进机正常施工。

（2）选用的掘进机必须具有功率大，行走能力强，液压系统完好，调整范围大，尤其是行走系统必须具有较大的爬坡能力，履带与底板有较大的摩擦力，且履带强度高。

（3）掘进机的后支撑能力强，支撑油缸伸缩量大，在掘进时能很好地起到支撑作用。

（4）掘进机司机的操作水平必须具有大倾角掘进技能，否则会产生失误，造成事故。

（5）在大倾角上山机械化掘进时，后部配套设备必须满足施工条件，后部运输必须采取安全防护措施，保证在运输过程中不发生煤矸飞溅。

［1］高运增.普通综掘机大倾角上山掘进技术研究［J］.煤炭工程，2013（3）

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［4］付亚平.大倾角回采巷道快速掘进的对策 ［J］.煤炭科学技术，2006（3）

［5］曲延伦.用掘进机械化保证采掘高效协调发展［J］.中国煤炭，2006（12）

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Analysis of management technology of uphill mechanized tunneling in super thick coal seam with large angle

Zhang Zhiyan1，2
（1.Tangshan Mining Branch Co.，Kailuan Group Co.，Ltd.，Tangshan，Hebei 063000，China；2.Rock Mechanics Committee of China Coal Society，Chaoyang，Beijing 100013，China）

For there is no much practice of steep uphill tunneling in rapid driving with mechanized comprehensive supporting，through reasonably selecting excavation equipment，improving the hydraulic system of roadheader，optimizing the tunneling construction process ＆ cutting mode and building artificial platform and other measures，Tangshan Mining Branch Company of Kailuan Group has achieved the steep uphill mechanized tunneling with average of 26°and maximal angle of 29°in Y485 working face，which has broken the constraints of steep uphill construction of the roadheader，and explored the construction technology and process for the steep uphill mechanized tunneling.

large angle，uphill tunneling，mechanized excavation，rapid driving，construction process

TD421.5

A

章之燕（1961-），男，河北张家口人，教授级高级工程师，现任开滦集团公司唐山矿业分公司副总工程师。

（责任编辑 张毅玲）