常村煤矿掘锚机快速成巷技术研究

崔旭芳

(山西潞安集团李村煤矿，山西 长治 046204)

常村煤矿掘锚机快速成巷技术研究

崔旭芳

(山西潞安集团李村煤矿，山西 长治 046204)

为实现掘锚机在常村煤矿S6-8轨道顺槽高瓦斯厚煤层复杂地质条件下的快速成巷，改进了掘锚机的临时支护装置，制定了快速成巷中瓦斯治理措施，确定了合理的支护参数。并针对巷道底板倾斜和煤壁片帮这2种影响掘进进尺速度的因素，对施工工艺进行了优化。应用效果表明：掘锚机施工期间，日均进尺增加到20 m/d，工效提高到0.44 m/工，极大提高了常村煤矿煤巷掘进速度，有效缓解了矿井采掘接替紧张的局面。

掘锚机 临时支护装置 瓦斯治理 巷道支护 工艺优化

近年来，随着掘进机等机械设备在巷道掘进过程中的推广应用，煤巷掘进机械化水平显著提高[1]。然而掘进机只具有单一的掘进功能，造成在煤巷综掘施工中掘进与支护工序相互分离。掘锚机组可以实现掘锚同步施工，并且通过高阻力的临时支护和及时、可靠的永久支护来保证巷道施工安全[2-4]。在我国神东、兖州等煤层赋存条件较好、地质条件简单的矿区，掘锚机已经得到大量应用，有效解决了矿井采掘接替紧张的局面[5-6]。但是，掘锚机组在高瓦斯、厚煤层、托顶煤、高应力等复杂地质条件下的应用还较少[7-9]，没有形成系统的研究成果来指导生产实践。鉴于此，笔者以山西潞安集团常村煤矿S6-8轨道顺槽为工程背景，对掘锚机在高瓦斯厚煤层中快速成巷技术进行研究。

1 工程地质条件

试验巷道为山西潞安集团常村煤矿S6-8轨道顺槽，其位置关系如图1所示。

图1 巷道位置关系

S6-8轨道顺槽沿煤层底板掘进，巷道掘进宽5.2 m，高3.5 m，掘进断面为18.2 m2。巷道总长度为1 588.5 m，埋深约为420 m。试验巷道所在常村煤矿S6采区，煤层厚度为5.78～5.85 m，平均厚度为5.81m，含平均厚度为0.3 m的夹矸1层，煤层普氏系数f=1.5～2。瓦斯相对涌出量为5.27 m3/t，绝对瓦斯涌出量为70.23 m3/min。根据井下钻孔揭露，煤层老顶为粉砂岩、平均厚度3.41 m，直接顶为泥岩、平均厚度2.33 m，直接底为泥岩、平均厚度1.15 m，老底为细砂岩、平均厚度1.79 m。

由于常村煤矿煤巷采用普通综掘机施工，掘进与支护不能平行作业，加之S6-8轨道顺槽围岩工程条件复杂，制约了巷道掘进速度的提高，造成了矿井采掘接替紧张。为解决这一问题，常村煤矿引进MB670掘锚机以提高巷道掘进施工速度。但是，由于MB670掘锚机施工的巷道断面大，在高瓦斯、高应力、托顶煤等复杂地质条件下应用时，巷道易发生围岩离层冒落、片帮及瓦斯超限甚至突出等问题，使机组掘锚同步作业的优势得不到充分发挥，限制了掘锚机的推广应用。因此，根据常村煤矿的现场条件，改造了掘锚机临时支护装置，设计了巷道瓦斯治理及支护方案，并针对影响进尺速度的因素优化了S6-8轨道顺槽施工工艺，使掘锚机组更好地适应高瓦斯、大断面、托顶煤等复杂围岩条件。

2 掘锚机临时支护装置改进

S6-8轨道顺槽所在煤层地质条件复杂，掘进工作面迎头空顶区煤层保持自稳时间短、允许暴露面积小。而掘锚机自带的临时液压顶篷的支护面积较小，且控顶距偏大，不能有效支护住前方空顶区的煤层，存在发生冒顶或迎头煤壁崩落的危险。因此改造掘锚机组临时支护装置，以增大临时支护面积、减小控顶距来保证顶板安全稳定，提高掘锚机组对常村煤矿复杂地质条件的适应性。

改造后的顶板支护是由千斤顶、销子、临时顶板支护和耳子组成。将千斤顶一端的接头插入原来液压顶篷的耳子中，然后用销子穿上并固紧，使两者铰接在一起。将千斤顶另一端的接头插入增设的临时支护顶板的耳子中，然后用销子穿上并固紧，使两者铰接在一起。增设的支护装置顶板的宽度为500 mm，长度为1 500 mm，使临时支护的面积增加0.75 m2。在掘锚机上引出2趟液压管路以提供动力，使用液压千斤顶来控制临时支护顶板的收放。掘锚机临时支护装置改造见图2所示。

(a)装置改造俯视图

(b)装置改造侧视图

3 掘锚机快速成巷瓦斯治理

(1)加大供风量。安装大功率通风机：采用大功率风机来加大供风量，在一定程度上可稀释S6-8轨道顺槽工作面瓦斯浓度。布置双路局部通风机：当巷道的瓦斯涌出量较大，1台通风机的风量不能满足巷道的通风要求时，可以采用双路通风机，加大巷道的供风量，防止瓦斯超限的发生。

(2)掘进期间执行循环前探钻孔。在S6-8轨道顺槽瓦斯涌出异常时，在迎头施工瓦斯释放孔，每次布置3个，深度不小于50 m，用来减少瓦斯压力及瓦斯含量。为解决空间不足，钻机难以运到迎头的问题，在迎头后方15 m处施工1个毛硐，将钻机先放进去，然后将掘锚机退至15 m以外，取出钻机打钻，打完钻后，钻机放回毛硐，掘锚机再进入迎头。

(3)巷帮抽放瓦斯技术。在S6-8轨道顺槽中通过巷帮抽放瓦斯技术边掘边抽来降低煤层的瓦斯含量和瓦斯涌出量。具体施工方式：① 钻场，在巷道前进方向右侧巷帮每隔80 m开设一钻场，深×宽×高=3.5 m×5.0 m×3.2 m；② 钻孔，每钻场中施工6个顺层抽放钻孔，孔径89 mm，孔深100 m，钻孔搭接长度不小于10 m，钻孔水平间距1 m，垂直间距0.5 m，距煤层底板1 m，距巷帮2.4 m。钻场及钻孔布置如图3所示。

图3 边掘边抽钻场及钻孔布置示意(单位：m)

4 支护设计参数及施工工艺优化

4.1 支护设计参数

S6-8轨道顺槽采用树脂加长锚固锚网索联合支护，具体支护参数如下。

(1)顶板支护。采用顶锚杆+锚索+金属网+钢筋梯子梁支护。顶板锚杆为φ22 mm×2 000 mm高预应力让压锚杆，采用2支MSCK2350树脂锚固剂。每排6根锚杆，每排以巷道中线对称布置，间排距(900～1 000) mm×800 mm，自巷道顶板中间到帮部的3根锚杆与垂直方向的夹角分别为10°、5°、15°，锚杆预紧力60 kN,锚固力120 kN。锚索规格φ22 mm×7 300 mm，采用3支MSCK2350树脂锚固剂。锚索每排2根，间排距2 000 mm×1 600 mm，锚索预应力250 kN,锚固力300 kN。网片规格5 200 mm×900 mm，网孔规格50 mm×50 mm。φ18 mm双钢筋梯子梁，规格4 900 mm×98 mm。

(2)巷帮支护。采用帮锚杆+金属网+钢筋梯子梁支护。帮锚杆规格同顶锚杆，每排4根，间排距900 mm×800 mm，自上而下锚杆与水平方向夹角分别为25°、0°，25°、15°，锚杆预应力为60 kN，锚固力为120 kN，采用2支MSZ2350树脂锚固剂。网孔规格30 mm×30 mm。帮上部2 500 mm×1 300 mm，帮下部网4 000 mm×1 000 mm。上面3根锚杆铺一片网，网片规格2 400 mm×900 mm，帮梁规格2 100 mm×98 mm。最下1排锚杆(4根一组)单独铺一片网，网片规格2 500 mm×1 200 mm，帮梁规格为2 700 mm×98 mm。

S6-8轨道顺槽具体支护参数见图4所示，金属网未在图中反映。

(a)巷道顶板支护

(b)巷道帮部支护

(c)巷道支护断面图

4.2 施工工艺优化

(1)S6-8轨道顺槽施工工艺流程。采用MB670掘锚机快速成巷施工总体工艺流程：交接班→安全检查(顶底板、两帮、瓦斯、工程质量、探头位置等)→切割(出货)→安全检查(顶底板、两帮、瓦斯、工程质量、探头位置等)→顶板、巷帮永久支护→修整底板→进入下一循环。具体如图5所示。

图5 掘锚机作业流程

(2)巷道底板倾斜和片帮问题处理的技术工艺措施。由于掘锚机在常村煤矿S6-8轨道顺槽掘进过程中，巷道进尺速度受到巷道底板倾斜和煤壁片帮这2种因素影响,不能充分发挥掘锚机快速成巷的优势。为保证巷道的安全快速施工，需采取一定技术措施，对其施工工艺进行优化。

巷道底板倾斜处理技术工艺措施：①人工帮破底掘进，各司机割煤时风筒后支撑完全伸展，最大限度保证机身水平，改善巷道的左右倾斜情况；②截割头多次回拉，割煤时截割头要前后多次回拉，改善巷道底板的平整状况，改善机尾拖移困难的局面；③掘锚机拖机尾，当连运车拖移机尾存在牵引力不足等困难时，使用掘锚机退机作业来拖移。

巷道煤壁片帮处理技术工艺措施：①巷道进行破底施工，破底掘进后，巷道底板可大致水平，右帮的受力状态得到改善，片帮可得到改善；②设置防片帮装置，当巷道进行破底施工后，巷道的片帮情况仍然较严重时，可以使用防片帮装置进行超前临时支护，以防帮部围岩条件恶化；③煤体注水，如果巷道水平掘进后，右帮片帮现象仍比较严重，可以考虑向煤层注水，来改变煤体性质，增强煤体的塑形变形，降低煤壁压力。

5 应用效果分析

(1)掘锚机组在常村煤矿得到了成功应用，实现了煤巷的快速掘进，提高了掘进工效。在对掘锚机临时支护装置改进及施工工艺进行优化后，掘锚机使日进尺由10 m/d增加至20 m/d，工效由0.22 m/工提高到0.44 m/工。巷道具体进尺情况如图6所示。

图6 巷道进尺情况

(2)经济社会效益显著。原常村矿综掘机每月施工300 m，而掘锚机组每月施工可达600 m，可多产原煤9.17万t/a，单台锚杆机组可增加经济效益1 375.92万元/a，并且可节约人工费214万元/a，增收节支总额达1 589.92万元/a。在取得显著经济效益的同时也为以后高瓦斯厚煤层掘锚机快速成巷的应用提供了良好的借鉴。

6 结 论

(1)针对常村煤矿S6-8轨道顺槽的具体地质条件，对掘锚机临时支护装置-液压顶篷进行了针对性改造，提高了掘锚机对施工巷道的适应性，更好地保证了掘锚机施工时巷道安全生产。

(2)采取了加大供风量、掘进期间执行循环前探钻孔、巷帮抽放瓦斯等技术措施，综合治理掘锚机快速成巷中瓦斯问题。

(3)对S6-8轨道顺槽采取树脂加长锚固锚杆锚索组合支护方式，针对巷道底板倾斜和煤壁片帮这2种影响掘进进尺速度的因素，采取适当的技术措施，优化施工工艺，保证了巷道的安全快速施工。

(4)掘锚机施工期间，日进尺增加到20 m/d，工效提高到0.44 m/工，大大地提高了常村煤矿煤巷掘进速度，缓解了采掘接替紧张；增收节支总额达1 589.92万元/a，经济效益显著，同时提高了复杂条件下巷道快速掘进水平，为以后高瓦斯厚煤层掘锚机快速成巷的应用提供了良好的借鉴。

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(责任编辑 石海林)

ResearchonTechnologyofDrivingAnchorMachineQuickTunnelinginChangcunCoalMine

Cui Xufang

(ShanxiLicunCoalMineofLu′anGroup，Changzhi046204，China)

In order to achieve driving anchor machine quick tunneling of S6-8 tail entry in Changcun Coal Mine with complicated geological conditions of high gas and thick coal seam，the temporary supporting device of driving anchor machine was improved，and gas control measures under quick tunneling were proposed to determine reasonable support parameters.Considering two factors affecting the excavation speed such as floor inclination and coal wall caving，the construction process was optimized.The application results showed that during the construction period，the driving anchor machine increased the tunneling footage to 20 m/d，and work efficiency to 0.44 m per man.These greatly improved the tunneling speed of coal roadway in Changcun Coal Mine and effectively alleviated the tensive situation of the relay between mining and tunneling.

Driving anchor machine，Temporary supporting device，Gas control，Roadway support，Process optimization

2014-08-24

崔旭芳(1974—)，男，矿长，高级工程师。

TD823

A

1001-1250(2014)-12-057-04