28216 工作面轨道顺槽快速掘进工艺优化研究

皮武杰

（西山煤电（集团）有限责任公司东曲矿，山西 太原 030200）

1 概况

28216 工作面位于+860 m 水平二采区，与28214 工作面相邻，北东方向为预留大巷保护煤柱，东南方向与28216 底抽巷相邻，西南方向+860 m为东翼总回风巷，盖山厚度279～471 m。28216 工作面开采8 号煤，平均厚约3.83 m，煤层结构复杂，煤层倾角约为3°。直接顶为1.65 m 的泥灰岩，基本顶为2.93 m 的石灰岩，直接底为6.22～8.77 m 的砂质泥岩。28216 轨道顺槽主要用于28216 工作面回采时的进风和运料，设计长度1220 m，采用综合机械化作业。一个时期内，28216 工作面轨道顺槽掘进工作面存在效率低、掘进巷道不稳定、冒顶事故风险高等问题，亟需进行工艺优化。

2 快速掘进工艺

28216 轨道顺槽采用全断面跟顶跟底施工成巷的方式掘进，选用EBZ260（A）型悬臂式掘进机配DSJ-80/2×75 胶带输送机完成截割、装煤、转载、运输连续性作业。EBZ260（A）型悬臂式掘进机的截割部上装有锚护装置，可以在掘进的同时基本完成支护的基础工作，提升后续支护工艺实施效率的同时，对掘进时的安全稳定也是一种保障，进而整体提高巷道的掘进速度。EBZ260（A）型掘锚一体机截割部如图1。

图1 EBZ260（A）掘进机截割部示意图

掘进路线的选择直接影响着断面成型质量，不合理的掘进截割路线可能会导致掘进过程中空顶区顶板和两帮的失稳。结合EBZ260（A）型掘锚一体机特点，采用S型轨迹进行作业。图2 所示分别为S 型路线的截割周期内截割头运动路线以及截割完成后对断面整修周期的运动路线。

S型路线截割工艺实施步骤为：（1）启动BZ260（A）型掘锚一体机，操作掘进机铲板移动至顺槽底板，操作掘进机截割头对顺槽两帮浮煤进行清扫；（2）操作掘进机截割头开始进刀，进刀深度达到参数要求后，停止进刀，通过铲板收集截割出的煤块；（3）截割头贴近底板向右侧移动，开始横向移动，铲板继续收集横向截割煤块；（4）截割头移动到右侧帮壁，截割头向上移动，控制距离后继续向左截割，其中向上移动的距离需要考虑煤岩体属性，28216 轨道顺槽采用0.45 m，然后对顺槽掘进部位的顶板、底板以及两帮进行清理，继续开始进行下一个掘进周期操作。整体掘进工艺流程如图3。

图2 S 型截割轨迹示意图

图3 28216 工作面轨道顺槽工艺流程图

3 顺槽支护方案及效果

（1）支护方案

28216 轨道顺槽巷道采用矩形断面，宽5.0 m，高4.0 m，掘进断面20.0 m2。煤层变薄或出现地质构造时，巷道高度不低于3.0 m。28216 轨道顺槽采用全锚支护形式，巷道顶板采用左旋螺纹钢金属锚杆，锚杆直径为Ф20 mm，锚杆长度为1800 mm，间排距为1100 mm×1200 mm；两帮采用左旋螺纹钢金属锚杆，锚杆直径为Ф20 mm，锚杆长度为1800 mm，间排距为1200 mm×1200 mm；顶压为36.8 kPa，侧压为28.9 kPa。全锚支护每排支护强度如下。

实际顶板支护强度：

实际两帮支护强度：

式中：Qdx为实际顶板支护强度，kPa；Fm为锚杆总支护强度，kPa；Fs为锚索总支护强度，kPa；S1为支护顶板面积，顶板实际支护面积30 m2；n1为每1.2 m 巷道顶锚杆数量，取5 根；Qcx为实际两帮支护强度，kPa；n2为每1.2 m 巷道帮锚杆数量，取3 根；S2为支护帮面积，实际支护面积24 m2；fm为顶锚杆锚固力，现场实测103 kN；fs为锚索锚固力，现场实测196 kN；ft为帮锚杆的锚固力，现场实测103 kN。

由以上计算可得出：28216 轨道顺槽采用全锚支护，顶板及两帮实际支护强度均大于顶压及侧压的理论值，考虑到巷道压力的复杂性及巷道支护的保险系数，生产实践中取支护参数如上，巷道支护安全可靠。如遇特殊条件时，可采取加挂金属网及增补锚杆（索）等措施加强对巷道顶、帮支护以确保施工安全。

巷道两帮均采用金属左旋螺纹钢锚杆配菱形金属网支护，帮锚杆间排距1200 mm×1200 mm，两帮各3 根，每排6 根。两帮联网时，需保证金属网片紧贴巷道岩壁，网片之间搭接不得低于100 mm，且每隔150 mm 用14 号联网丝将金属网片连接一道，网扣至少拧三圈，并将剩余的铁丝头窝在网内，确保联网连接可靠，帮部局部垮落处必须用背板构严。支护示意图如图4。

（2）支护控制效果

为了检测上述支护方式的控制效果，在28216轨道顺槽断面上设置巷道表面位移测点，通过激光测距仪收集顺槽断面顶板和帮部的实际移近量。检测周期为1 d，检测总时长为30 d，通过检测点移近量数据的汇总与处理，制成图5。从图中可以看出，28216 轨道顺槽断面顶板在第8 d 时达到最大移近量，约为78 mm，两帮在第14 d 时达到最大移近量，约为103 mm。说明采用的支护方式能够有效控制顺槽断面各处表面位移，能够保证顺槽的稳定安全。

图5 巷道围岩变形曲线图

4 应用效果

28216 轨道顺槽通过采用EBZ260（A）型掘锚一体机，S 型截割路线的掘进工艺，极大地提升了掘进速度和掘进顺槽稳定性，28216 轨道顺槽顶部和两帮经过支护工艺优化，确保了顺槽支护的安全性。通过工艺实施，目前采用该工艺每天可以完成11 个掘进循环，每个循环掘进长度为1.8～2.0 m，即每天可以掘进20～22 m，相较于原来每天掘进10～12 m 的进尺而言，掘进效率提升了1 倍，效果非常明显。