综掘机锐角巷道转弯施工工艺研究与应用

2018-10-23刘德波

机械管理开发 2018年10期

刘德波

（西山煤电集团公司镇城底矿，山西古交 030203）

1 工作面概况

西山煤电集团镇城底矿位于山西古交西北部，距古交市9.5 km处，矿区南北长约5.9 km，东西宽约5.6 km，矿井面积约33.8 km2，设计生产能力190万t。22616工作面位于镇城底矿南二采区，工作面顺槽长度890 m，切巷长度160 m，巷道净宽4.0 m，净高3.0 m，断面12 m2。工作面巷道所掘煤层为太原组8号煤层，含有四层以上夹矸，厚0.02～0.3 m。煤层均厚4.9 m，掘进时煤层呈背向斜相间构造，煤层倾角平均3°左右，属于近水平稳定可采煤层。11号煤顶板平均厚3.96 m，岩性为黑灰色页岩，性脆、易碎，抗压强度均为389 kg/cm2。11号煤底板为灰黑色页岩，厚度2.21 m，含铝质，有滑感，遇水变软膨胀，易底鼓，抗压强度为147 kg/cm2。

2 综掘设备选型与技术参数

为保证矿井生产的安全高效，必须结合镇城底矿的实际地质条件，合理选择综掘工作面机械设备和生产工艺设计。根据镇城底矿综采工作面巷道的地质条件、巷道断面、煤层倾角和煤层夹矸情况科学选型，综掘机选用上海创力EBZ-160综掘机，整机尺寸长、宽、高为9.178 m×2.900 m×1.800 m。设备功率，截割部160/100 kW，油泵电机90 kW；卧底深度260 mm，最大可截深度260 mm；可适应坡度±18°。配套使用SGB620/40T刮板输送机，功率40 kW，电压660 V/380 V，转速1 470 r/min，输送量150 t/h，中部槽，长 1500mm、宽620mm、高180mm。

3 方案设计

联巷设计方案：22616回风巷以0°方位角掘进施工，为完善22616回风巷工作面回风系统，设计22616回风巷掘进施工80 m后停掘，施工22616回风巷。根据三盘区现有巷道布置规划，设计22616回风巷为225°方位角掘进施工120 m后与三采区后期回风配巷贯通。该设计就存在22616回风联巷夹角为45°掘进施工困难的问题。综掘机必须转弯135°才能保证22616回风巷按设计方位施工。联巷与正巷夹角较小，从巷道断面和综掘机尺寸两个因素分析，联巷掘进施工困难，综掘机难以进行正常的掘进施工作业。

综掘机开口施工22616回风巷优点为可保证围岩不受爆破松动，保障巷道围岩的稳定性，更有利于巷道顶板管理。

根据施工设计提出两套施工方案。方案一为炮掘开口掘进施工22616回风巷，方案二为机掘开口施工22616回风巷。

3.1 采用炮掘开口施工22616回风巷

22616回风巷断面参数设计巷道掘高2.6 m，掘宽3.6 m，断面9.36 m2。22616回风巷采用炮掘开口施工时，施工回风联巷所掘煤矸由22616回风巷溜子运出，按照“四六制”生产作业方式，每个生产小班能够掘进1 m，炮掘作业每米出煤矸12 t，每个生产小班组8～10人，除2人开设备外，6～8人进行出渣和支护作业。每米掘进完后及时进行锚杆—锚索—网—托梁—钢带联合支护。

炮掘工艺优点：炮掘施工作业不受巷道断面限制，灵活性强，能够适应煤矿井下空间狭小的开口作业地点的施工。而且炮掘作业施工在掘进过程中对机械设备使用要求不高，能进行大角度穿层作业施工，能够满足设计复杂的巷道掘进施工。炮掘是巷道开口作业过程中常备用的一种较为普遍的施工方式。

缺点：22616回风巷采用炮掘工艺施工，开炮时巷道锐角牛鼻子留设不住，并且开炮作业势必会对巷道的围岩松动圈和巷道原有支护具有一定程度的破坏。开炮作业施工使用火工品单价成本较高、掘进速度慢、施工工期较长、工人作业劳动强度大，而且存在安全隐患。

3.2 综掘机开口施工22616回风巷

22616材巷掘进施工使用上海创力EBZ-160综掘机，机身长9.1 m，宽2.9 m，高1.8 m。功率：截割部160/100 kW。铲板宽度2.9 m，高度1.65 m。为保证综掘机以45°锐角拐弯进入22616回风巷，设计回风联巷开口前8 m巷道宽度为4.5 m，综掘机拐弯尺寸达到10.6 m，保证综掘拐弯掘进施工能够顺利进行。掘进8 m后巷道前进方向右帮收缩0.8 m，巷宽为3.6 m。在两条巷道的下帮交叉处，选定圆心，按照5 m的转弯半径进行转弯。综掘机转弯模拟示意图如图1所示。

图1 模拟转弯图（mm）

4 施工工艺

22616回风巷开口采用机掘工艺落煤，所掘煤矸由人工攉入22616巷内刮板输送机，施工6 m后在22616回风巷内安设一部80 kW刮板输送机搭接80 kW刮板输送机出煤。施工循环进度为1.0 m，机掘时最大控顶距1.3 m，最小控顶距0.3 m。

开口前首先在22616回风巷内补打锚索加强支护，锚索采用Φ21.6 mm×6.3 m的钢绞线，补打后锚索间排距与原巷道的锚索间排距为1.6 m×1.0 m。加强支护后采用综掘机开口。

22616回风巷开口时，左帮不动，右帮逐排掘进方式向前施工。每掘进施工1 m及时进行支护作业，直至掘进施工至正巷。具体施工步骤如下：右帮掘进1.4m，第一排以45°打设两根直径为Φ20mm×2.2m的螺纹钢锚杆，贴顶铺设2眼W钢带，其中钢带眼距0.75 m。在施工第二排以45°打设三根顶锚杆，第三排以45°打设四根顶锚杆，第四排以45°打设五根顶锚杆，第五排以45°打设六根顶锚杆,各排分别配合 0.95 m（两眼）、1.7 m（三眼）、2.45 m（四眼）、3.2 m（五眼）、3.95 m（六眼）的W钢带使用，右帮每排打设三根Φ16 mm×1.8 m的圆钢锚杆，每根配套一支MS k2335型锚固剂和Φ110 mm、眼径24 mm的高强直眼托饼使用，配合采用Φ16 mm×2.2 m钢筋托梁下压菱形网，间排距1.0 m×1.0 m，最上一根距顶板0.3 m。并在开口5 m范围内打设Φ21.6mm×6.3 m锚索加强支护，托盘为16 mm厚、边长300 mm见方的钢板，配套一支MS k2337（上）和两支MS k2355（下）型锚固剂；开口第一排内三角口打设一个锚索，第二排与第三排中打设一根锚索，第四排与第五排中打设两根锚索，之后正常支护。转弯弯道支护如图2所示。

图2 转弯弯道支护图（mm）

采用综掘机拐弯掘进施工22616回风巷，机掘施工每掘进施工1 m综掘机逐步拐弯施工，掘进施工过程中由于耙抓宽度2.9 m，出煤困难无法耙装时人工把煤清至综掘机耙爪，由综掘机出煤。

采用机掘作业施工22616回风巷，掘进效率较高，施工速度快。综掘机能够适应矿井复杂多变的生产施工条件，同时与炮掘作业相比综掘机的应用减小了由于开炮作业施工对巷道深部围岩的破坏，巷道成型规范。由于综掘规格尺寸限制，在实际操作过程中灵活性欠缺，例如EBZ-160综掘机，整机长、宽、高为9.1 m×2.9 m×1.8 m。在实际施工过程中受巷道断面的制约，施工22616回风巷以锐角拐弯掘进施工巷道，巷道的断面尺寸限制综掘机的正常作业施工，因此要优化生产设计，合理设计巷道断面，充分发挥综掘机道掘进施工中的优点，提高掘进效率，降低职工劳动强度，保证高效掘进。