连采机在青龙寺煤矿半煤岩巷掘进中的应用

刘磐　周荣章

摘 要：以榆林神华能源公司青龙寺煤矿首采工作面5-20101、5-20102回风巷为研究对象，采用取样分析及井下现场试验的方法，介绍了施工过程中存在困难及解决过程。对掘进过程中顶帮稳定性的控制、安全性、掘进效率进行对比分析，为应用连续采煤机掘进半煤岩巷提供一定的参考意义。

关键词：连续采煤机；掘进工艺；半煤岩巷；顶板稳定；安全；效率

1 现状

青龙寺煤矿分公司隶属于榆林神华能源有限责任公司，是神华集团的重点矿井之一。井田位于陕西省榆林市府谷县境内。井田面积为50.36km2，矿井设计生产能力为300万吨/年，矿井服务年限为60.1年。主水平巷道布置在5-2煤中，目前矿建三期工程正在进行5-20101首采工作面顺槽的掘进，分别由2支综掘队完成胶、辅运顺槽掘进，1支连采队双巷掘进同时完成5-20101工作面回风巷及5-20102工作面回风巷的掘进工作。矿井一、二期工程全部采用综掘机完成。三期工程引入连采机开始沿顶掘进5-20101、5-20102工作面回风顺槽时，顶板出现严重离层冒落，巷帮由于夹矸层的存在出现片帮等情况。极大地影响了连采队掘进效率及工程整体进度，针对这一情况，为保证连采机在掘进过程中顶帮控制的稳定性、安全性及掘进效率，分别对上述问题进行了分析，并及时优化了掘进和支护工艺，为后续的掘进工作起到了指导作用。

2 5-2地质及煤质情况

矿井设计在5-2煤层中布置首采盘区，盘区位于井田的西南角，盘区名称为5-201盘区。盘区面积为15.22km2，地质储量4576万t，可采储量2916万t，设计布置回采工作面16个。5-2煤层埋深一般50.20～296.22m，平均埋深142米，煤厚为1.04～4.60m，平均2.35m，煤层倾角1°左右，含一层夹矸，平均厚0.16m，岩性主要为粉砂岩、泥岩及炭质泥岩，夹矸层位稳定。煤层顶板伪顶在井田内零星分布，约占井田面积15%，岩性为泥岩、煤质泥岩，厚度0～0.5m，基本顶分布于井田内中西部，约占井田面积的25%，岩性以粉砂岩、细粒砂岩为主，中粒、粗粒砂岩次之，厚度3.08～27.42m；直接顶主要分布于井田中东部，约占井田面积的60%，岩性以粉砂岩、细粒砂岩为主，中粒、粗砂岩次之，厚度0～11.64m，平均厚度1.90m。5-2煤顶板为Ⅱ类，即中等稳定顶板。5-2煤层底板属Ⅳ类，中硬类底板。

5-2煤层以不粘煤为主，次为长焰煤。煤层属于特低灰～低灰、特低硫、低-中磷、高～特高热值、不粘结性，较高～特高热稳定性、化学反应性强、高强度、较难磨、可选性好的煤种。原煤灰份平均值为10.15%，属低灰份煤。原煤空气干燥基水分（Mad）综合平均值为7.63～9.13%，煤层水分较高，原煤硫分综合平均值为0.31～0.37%，标准差为0.09～0.13，属硫分变化小的特低硫分煤。原煤发热量综合平均值为28.60～29.16MJ/kg，属高～特高热值煤。

3 工程概况

3.1 巷道布置

5-20101、5-20102工作面回风巷及联巷布置在5-2煤。5-20101工作面回风巷长3703.3m，宽5.1m，高2.68m；5-20102工作面回风巷长3698.6m，宽5.1m，高2.88m；在巷间垂直布置54个联巷，联巷长20m，宽5.1m，高2.68m。

3.2 巷道形状及断面

设计巷道形状均为矩形，其断面参数见表1巷道尺寸参数表。

4 施工中存在的困难

（1）5-20101、5-20102工作面回风巷原设计沿5-2煤顶板掘进，连采队最初两条巷道各掘进40余米过程中，发现煤层上方200～400mm暗灰色伪顶呈层状剥落严重，甚至出现随采随冒的情况。经分析认为，矿井一、二期工程建设过程中应用综掘机掘进，循环进尺较小，对顶板扰动小。应用连采机掘进后，出于连采机本身特点，对顶板扰动较大，以致出现上述情况。如仍沿顶掘进将影响巷道掘进速度并影响全矿的按时投产。根据巷道顶板的稳定情况不同，巷道在5-2煤中的布置位置应及时作出相应的调整。（2）5-2煤为中厚煤层，厚度变化较小，且规律性明显，结构简单，为稳定的全区可采煤层。煤厚一般为1.04～4.60m，平均2.35m。一般含一层夹矸，0.10～0.28m，一般厚0.16m，岩性主要为粉砂岩、泥岩及炭质泥岩，夹矸层位稳定。在实际掘进过程中发现，位于巷道中部的夹矸层遇水成泥状，受矿压影响后挤出，巷帮煤壁沿夹矸层上下片落，片帮深度一般为0～600mm，应及时调整原巷帮支护参数。

5 掘进工艺的优化及其效果

5.1 巷道掘进工艺

采用连采机及其后配套设备施工，选用一台12CM15-10B型连采机来完成割煤、装煤和清煤工序，一台10SC32-48B型梭车将连采机采出的煤转运至破碎机，一台PZL460/150A型给料破碎机完成煤的破碎与转载工作，破碎机运出的煤通过DSJ100/100/2×200带式输送机运出。用一台CMM4-20型锚杆机完成锚杆的定位、打眼、安装、紧固工作。采用掘进、支护平行作业的施工工艺。用一台ZL18EFB（A）轮胎式防爆装载机清理巷道浮煤、淤泥，确保巷道畅通、干净，并完成工作面的材料、小型设备的运送和搬移工作。从而形成连采机掘进工作面破煤、装煤、运煤、清煤、支护等工序全部机械化作业的施工方法。使用的连采机参数详见表2。

巷道层位布置位置优化。针对5-20101、5-20102工作面回风巷现场顶板条件状况，为保证连采机在半煤岩巷中的快速掘进，最终研究确定两种巷道布置方案：为了维持巷道顶板的完整性，顶板条件良好的情况下，原则上采用沿顶掘进；当伪顶状况差，出现离层冒落迹象，应立即缩短循环进尺，并尽可能缩短顶板空顶时间，采取短掘短支。巷道层位布置位置随顶板状况的优化，最大程度上减少了顶板对于掘进速度的影响。据统计，青龙寺煤矿连采队2015年10月～2016年1月四个月总进尺达到3200m，约为同等地质条件下综掘队掘进速度的2倍。

5.2 巷道支护工艺

5.2.1 顶板支护。5-20101、5-20102工作面回风巷及联巷采用锚杆+冷拔丝网+锚索联合支护。5-20101工作面回风巷顶板支护参数：顶板使用圆钢锚杆进行支护：每排布置6根，锚杆间距（从左到右）为250mm/800mm/1000mm/1000mm/1000mm/800mm/250mm，锚杆排距为1000mm；巷道顶板挂5.0m×1.1m的冷拔丝网片，网片搭接为100mm，网片要紧贴顶板。同时使用锚索支护，锚索间排距为2000×3000mm。5-20102工作面回风巷顶板支护参数：顶板使用圆钢锚杆进行支护：每排布置6根，锚杆间距（从左到右）为250mm/800mm/1000mm/1000mm/1000mm/800mm/250mm，锚杆排距为1000mm；巷道顶板挂5.0m×1.1m的冷拔丝网片，网片搭接为100mm，网片要紧贴顶板。同时使用锚索支护，锚索间排距为2000×3000mm。

5.2.2 巷帮支护形式优化。5-20101、5-20102工作面回风巷的巷帮原设计间排距为：上下锚杆间排距为1200×1000mm，但在实际掘进支护完成后，逐渐以夹矸层为中心上下呈弧形片落，巷帮后期维护困难。优化锚杆布置后，经观察与现场检测，对于夹矸层上下煤壁控制效果良好。具体布置形式见图1、图2。

5-20101工作面回风巷帮支护形式：帮支护采用五花布置，正帮采用Φ18×1600mm玻璃钢锚杆支护，上下锚杆间排距为1200×1500mm，中间锚杆排距为1500mm，帮网挂塑料网；副帮采用Φ16×1600mmA3圆钢锚杆支护，上下锚杆间排距为1200×1500mm，中间锚杆排距为1500mm，帮网挂铅丝网。

5-20102工作面回风巷帮支护形式：帮支护采用五花布置，正帮采用Φ18×1600mm玻璃钢锚杆支护，上下锚杆间排距为1200×1500mm，中间锚杆排距为1500mm，帮网挂塑料网；副帮采用Φ16×1600mmA3圆钢锚杆支护，上下锚杆间排距为1200×1500mm，中间锚杆排距为1500mm，帮网挂铅丝网。

6 结束语

（1）连续采煤机在半煤岩巷掘进中应用还不广泛，榆林神华能源有限责任公司在青龙寺煤矿5-20101、5-20102工作面回风巷掘进中引进连采掘进系统，施工过程中保证了安全，根据顶板、两帮实际状况，及时作出调整，掘进工艺科学、支护形式合理。（2）针对施工过程存在的困难，合理优化了参数，保证了施工过程的顺利进行，为矿井正常投产创造了条件。（3）连采机在青龙寺煤矿半煤岩巷掘进中的成功应用，基本实现每天掘进进尺40m，最高月进1000m，年进尺约l0000m的目标，满足高效集约化矿井综采工作面巷道掘进要求。（4）连采机在青龙寺煤矿半煤岩巷掘进施工过程中所遇到的问题及解决办法，为今后连采机在半煤岩巷掘进中提供了一定的参考意义。

参考文献

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