急倾斜煤层开切眼一次成巷技术的实践

2022-05-16张利兵

山东煤炭科技 2022年4期

张利兵

（山西煤炭进出口集团左云草垛沟煤业有限公司，山西大同 037100）

1 工程概况

山西煤炭进出口集团左云草垛沟煤业有限公司主采5#、8#、11#、14#煤层。8103 工作面切眼布置在8 号煤层中，设计长度为64.8 m，宽度为7.7 m，高度为3.8 m。切眼采煤机安装硐室长度为16 m，宽度为9.2 m。8 号煤层厚度为2.53～8.34 m，平均厚度为4.87 m，煤层倾角为55°～59°，平均倾角为57°，含0～2 层夹矸，个别可达3～4 层夹矸，夹矸厚度为0.08～1.8 m。基本顶为厚度6.34 m 的粗粒砂岩，直接顶为厚度2.24 m 的中粗粒砂岩，底板为厚度2.17 m 的中、粗粒砂岩，局部为砂质泥岩，底板为砂质泥岩。

2 开切眼掘进方案的设计

当前，对于急倾斜煤层采煤工作面开切眼掘进施工是综采工作面面临的一大难题。草垛沟煤业在综采工作面急倾斜煤层大断面开切眼施工上进行了技术攻关研究，设计了开切眼从上向下采用钻爆法掘进的工艺方案[1-6]，主要采用全液压钻机从下往上施工眼孔，再从下往上扩孔形成下煤通道。从应用实践来看，该方案可以有效解决工作面片帮、飞矸等安全问题，应用效果较好。从整体上来看，该方案仍然是属于钻爆法掘进，依然存在施工期间需要频繁撤人、煤层顶底板容易破坏、下煤通道易堵塞、施工效率不高等问题。

为有效提高8103 开切眼的掘进施工效率，保障掘进施工安全，经技术考察，提出了开切眼机械化掘进一次成巷技术方案。采用MWD2/0.12L 型煤矿用液压挖掘机进行破煤、装煤，从上往下进行台阶式掘进作业，通过下煤通道将煤炭转运至机巷带式输送机，再运至煤仓。全断面掘进后再对顶、帮及底板进行支护。

3 开切眼掘进一次成巷技术的实践

3.1 使用液压挖掘机约束条件分析

MWD2/0.12L型煤矿用液压挖掘机结构如图1，主要包括工作装置总成、顶棚、液压系统、回转平台、推土铲、电气系统、机罩、底盘总成等部件。

图1 MWD2/0.12L 型煤矿用液压挖掘机结构示意图

采用该挖掘机对其在急倾斜煤层开切眼内使用的约束条件进行了模拟分析，如图2。确定开切眼机械化掘进约束条件为：煤层倾角为55°～90°，煤层厚度大于2.5 m。

图2 挖掘机约束空间使用模式图

3.2 开切眼掘进机械破煤矸石台阶施工工艺

（1）采用挖掘机液压锤对开切眼靠近煤壁侧煤矸石进行破碎作业，破岩深度设置为700 mm，破碎作业时加强洒水降尘。

（2）操作挖掘机回转平台，调转液压锤对靠近采空区侧煤矸石进行破碎松动作业。

（3）将挖掘机的液压锤更换为推土铲，采用台阶式转载开切眼内煤矸石进入下煤通道，当掘进距离达到3 m 时对切眼巷道顶、帮、底板进行锚网支护。

（4）在进风巷安设SGW-40T 桥式转载机和带式输送机，下煤通道内护壁套筒末端搭接于桥式转载机机尾。

（5）按以上工艺进行循环作业，直至切眼掘进至距下口4 m 处停止施工，如图3。

图3 8103 开切眼机械化掘进施工工艺示意图

3.3 急倾斜煤层开切眼一次成巷技术

3.3.1 急倾斜煤层开切眼

8103 开切眼为矩形断面，设计掘进宽度7700 mm，掘进高度3600 mm，掘进断面积27.72 m2。对8103 开切眼掘进后采用巷道顶板、两帮及底板的四方主动支护。

开切眼完好时，顶板支护方案为：“锚杆+锚索+金属菱形网+铁托盘”联合支护。锚杆规格为Ф18 mm×L2000 mm 的左旋等强螺纹钢锚杆，锚杆间排距1000 mm×1000 mm，每根锚杆眼孔内使用1 卷CK2370 型树脂药卷和1 卷Z2370 型树脂药卷；锚索规格为Ф15.24 mm×L5000 mm 的预应力钢绞线，锚索为三排五花布置，锚索间排距3000 mm×2000 mm，每根锚索眼孔内使用1 卷CK2370型树脂药卷和2 卷Z2370 型树脂药卷，锚索托盘为240 mm×240 mm×14 mm 的钢板加工而成；金属菱形网使用10#以上铁丝编织，网格尺寸50 mm×50 mm，铁托盘为150 mm×150 mm×10 mm碟形托盘。

开切眼顶板离层或遇断层时，支护方案为：在“锚杆+锚索+金属菱形网+铁托盘”联合支护方案基础上，使用Ф12 mm 钢筋梯联合支护，在断层上、下盘各增加1 组Ф15.24 mm×L5000 mm 的预应力钢绞线锚索补强支护。

开切眼两帮支护方案为：“锚杆+金属菱形网”联合支护。锚杆为Ф16 mm×L1800 mm，锚杆间排距1500 mm×1000 mm；金属菱形网使用10#以上铁丝编织，网格尺寸50 mm×50 mm。

开切眼底板支护方案为：“锚杆+金属菱形网”联合支护。锚杆为Ф16 mm×L1800 mm，锚杆间排距1500 mm×1500 mm；金属菱形网使用10#以上铁丝编织，网格尺寸50 mm×50 mm。

3.3.2 急倾斜煤层开切眼采煤机滚筒安装硐室段

8103 切眼设计一个16 m 的采煤机滚筒安装硐室，掘进宽度为9.2 m，掘进断面积为33.12 m2。对采煤机滚筒安装硐室段采用巷道顶板、两帮及底板的四方主动支护，支护方式与开切眼支护基本一致。基于采煤机滚筒安装硐室段跨度较大，对该段顶板进行加强支护，调整方案为：锚索为Ф15.24 mm×L7000 mm 的预应力钢绞线；槽钢梁（12 号槽钢，L=4000 mm）沿走向配锚索支护，错排布置，倾向间距2000 mm。