马脊梁矿8512工作面巷道掘进工艺探析

贺进修

（晋能控股煤业集团马脊梁矿机掘一队，山西 大同 037003）

0 引言

工作面巷道主要是便于工作面上液压支架、采煤机、刮板输送机等采煤机械设备的安装，巷道的断面宽度一般为6～10 m，由于巷道的断面较大，巷道快速掘进施工及安全支护变得极为重要，因此，以马脊梁矿8512工作面为研究对象，探索工作面巷道快速掘进施工工艺及支护技术。

1 地质水文概况

马脊梁矿8512工作面地表为黄土地貌，丘陵、台地较为发育，洪水冲刷剧烈“I”字形沟谷发育，地表大部分为耕地、幼树、荒草地，地表有甘沟和达子沟及其支沟穿过该工作面；有废弃的达子沟煤矿和南庙煤矿，地表高差为81 m左右。工作面北东为马脊梁矿与同忻矿矿界，南东为8127工作面实煤区，北西为实煤区，南西依次为盘区皮带巷、辅助运输大巷、盘区回风巷。上覆14号层为平旺甘沟煤矿小窑破坏区及城区达子沟煤矿采空区。工作面上覆含有二叠系山西组k3砂岩含水地层，其次为永定庄组及大同组含水层。山西组地层岩性以砂岩为主，其次为砂质泥岩。裂隙不发育，埋藏深，补给条件差，含水性比较弱；永定庄组岩性又粗、中、细砂岩、砂砾岩及少量砂质泥岩、泥岩组成，富水性弱；侏罗系中统大同组k11砂岩裂隙含水层，大同组含煤层段含水层由于煤层大部分已采空，含水层已造破坏，矿井排水改变了上覆煤系地层的水文地质条件，地表井、泉水干枯，地下水向采空区渗泄，含水层基本呈疏干状态。

巷道布置在C3号煤层中，掘进方向是沿煤层底板，切巷北西、南西为盘区回风巷、辅运巷、皮带巷3条盘区大巷及实煤区，北东，南东为实煤区。工作面煤层结构复杂，煤层厚度为5.58～8.10 m，纯煤平均厚度4.87 m，局部含有4～5层矸石，矸石厚度为0.21～0.88 m，岩性多为砂泥岩、高岭岩，局部煌斑岩侵入，其周围5～10 m范围内部煤发生变质，煤层倾角1°～5°，煤层顶底板情况见表1。

表1 ZLJ-4型机载超前支护基本性能参数

表1 煤层顶底板情况

2 掘进工艺

2.1 施工方法

根据架设的激光指向仪，采用EBZ260型掘进机沿煤层底板进行掘进施工[1-3]。首先画出巷道掘进轮廓线，按照巷道掘进轮廓线沿煤层底板进行施工，通过见底控顶的切割方式进行施工，先从切眼左侧掘宽5.4 m达设计位置，撤出皮带，退出机组，然后右侧扩帮3.6 m，达到设计断面宽9 m，掘进高度控制在3.6～4m范围内，在进行扩帮前，必须在5.4 m宽的断面内将单体液压支柱支护完毕。

截割时注意利用层理，截割头沿层理移动可以有效的破碎煤岩。在顶板破碎、软煤层中掘进时，截割头应在距离顶板、两帮一定的距离移动，使截割后留出一定厚度的煤顶和煤帮，再用手镐等工具进行加工整形，待达到设计的规格后立即进行永久支护，这样可减少片帮、冒顶等现象的发生[4]。

2.2 巷道开口施工方法

8125开切眼从2125巷右侧帮先扩帮施工，按扩长11 m（含头过渡支架壁龛宽2 m）×高3.6 m，每扩宽0.9 m及时支护顶帮，按此循环扩帮至掘进机转正到切眼巷，开口第一排先支护工字钢梁，然后按支护设计施工，开口扩帮超宽处加强锚索支护，超宽0.8 m增加支护1根锚索，超宽1.6 m增加支护2根锚索。

2.3 工艺流程

2.3.1 割煤

割煤采用见底控顶的切割方式，在系统正常运转后，启动掘进机向前移动进刀，在钻入900 mm后，机组铲板与底板紧贴做为前支承点，机组稳定器即后支承升起做为后支承点，按照截割图的方向截割到设计高度，截割轨迹见图1[5]。牵引方式为电牵引，牵引速度为0～9 m/min。要求截割高度为3.6～4.0 m，截割宽度9.0～9.1 m[6]，顶、底板平整，两帮平直。开切眼宽9 m，高3.6 m；先掘宽5.4 m，每向前割0.9 m，进行永久支护，锚杆、锚索达到各自的最小空顶距后，再向前进行截割，依此方法循环施工到设计位置，然后扩帮3.6 m宽，每向前扩0.9 m，进行永久支护，锚杆、锚索达到各自的最小空顶距后，再进行扩帮。

图1 截割轨迹示意图

2.3.2 运煤

在施工切眼6～30 m范围内使用ZL30EFB型防爆装载机进行煤矸石装载[7]，施工30～150 m范围内采用EBZ260型掘进机进行装载，SSJ-1000型胶带机进行运输。胶带机的机头和机尾都采用4根直径为20 mm，长度为2 400 mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆与底板进行锚固，采用1卷MSK2360型树脂锚固剂进行锚固，锚固深度不得低于1.5 m，采用合格锚链将设备与地锚固定，保证牢固可靠。

2.3.3 临时支护

临时支护采用EBZ260掘进机搭载的ZLJ-4型机载对前探梁进行支护，工作面备用一套滑移丝杠式前探梁，待机载前探梁不能正常使用或正在检查维修时，采用滑移丝杠式前探梁进行临时支护[8]。示意图如图2所示。前探梁的长度为4.0 m，共6根，每根前探梁上搭配3组长度为1.3 m的横梁，用12号槽钢固定前探梁，用10号槽钢固定横梁。

图2 临时支护示意图

掘进机完成截割、装煤作业后，放下截割头，先检查支护装置各零部件及管路是否完好，然后操作二位三通阀，将液压油切换到支护装置的油路，然后把金属网和钢带连接到顶架上，卡在顶架的卡槽里。推动支护装置的支撑缸和折叠缸液压控制手柄，使主架和顶架从折合状态缓慢打开，当达到所需的角度和位置时松开2个操作手柄，再推动主架的升降缸操作手柄，使主架升起达到巷道顶板高度，将金属网和钢带压在顶板上，以保持恒定的承载力。装好锚网和锚杆后，先把主架降低到最低位置，再折合顶架，直到顶架压到掘进机上为止[9]。支护作业完成后，推动二位三通阀切换到掘进机所需的油路，继续进行掘进作业。

在工作面的3排锚杆托板下紧固好吊环，将横梁上在吊环内，用销子固定，再把前探梁朝着巷道的方向固定在横梁上，在截割前，前探梁呈倒悬臂状，在截割后，前探梁前移呈正悬臂状，前探至工作面的迎头，并及时进行支护。支护后最小空顶的距离小于0.3 m，最大空顶的距离小于1.2 m，上部2排护帮锚杆滞后工作面的距离小于1.2 m，下部2排护帮锚杆滞后工作面的距离小于5 m，有片帮时，煤壁支护要紧跟工作面。

2.3.4 永久支护

对顶锚杆的支护，采用1支MSK2360型树脂药，采用MYT-190/240液压锚杆钻机或MQT-130/3.2气动锚杆钻机通过连接套钻动锚杆或锚索搅拌树脂锚固剂，搅拌30 s后等待180 s取下钻机，待15 min后将配套碟形垫、钢带压金属网紧贴岩壁利用螺母紧固，每排6根绞车窝，间排距为950 mm×1 000 mm，扩帮3.6 m，锚杆与顶板岩壁的夹角大于75°，两肩角锚杆向煤帮方向施工75°，用螺母将碟形垫压钢带紧贴在壁面上，锚杆的锚固力125 kN/架，预紧扭矩大于250 N·m。

对锚索的支护，眼孔使用MYT-190/240液压锚杆钻机或MQT-130/3.2气动锚杆钻机钻孔，使用φ28 mm的钻头配套六棱组合钻杆进行钻眼作业，钻孔深度7 000 mm，每根锚索先上1支MSK2360型再上1支MSZ2360型树脂药，采用锚杆钻机通过连接套钻动锚索搅拌树脂锚固剂，搅拌30 s后等待180 s取开锚索机，待6 min后，方可上托板及锁具，锚索打压[10]。绞车窝每排4根，2根正顶锚索，2根角锚索，11号矿用工字钢上每排6根，其中掘宽5.4 m钢带上每排2根，11号矿用工字钢上每排3根；扩帮3.6 m钢带上每排2根，11号矿用工字钢上每排3根，锚索的锚固力在400 kN以上，初始预紧力大于120 kN/架。

对帮锚杆的支护，采用1支MSZ2360型树脂药，采用ZQS-50/1.6S气动手持式钻机通过连接套钻动锚杆搅拌树脂锚固剂，搅拌30 s后等待180 s取下钻机，待15 min后将配套碟形垫、钢托板压金属网紧贴岩壁利用螺母紧固，帮侧每排4根锚杆，间排距为900 mm×900 mm，靠近顶板的帮锚杆与顶板距离为150 mm，与巷帮的夹角为80°，并向上进行施工，靠近底板的帮锚杆与巷帮的夹角为80°，并向下进行施工，用螺母将碟形垫压钢带紧贴在壁面上，锚固力为102 kN/架，预紧扭矩力大于200 N·m，玻璃钢锚杆的锚固力在50 kN/架以上，预紧扭矩力大于40 N·m。

巷道顶角处的帮网与顶网铺设整体金属网，互不搭接，金属网和塑料网平铺，紧贴顶帮，网与网之间的搭接长度大于100 mm，用14号铅丝双股连接，双丝双扣，孔孔相连。联网间距小于200 mm，绑扎牢固，扭结大于3圈。

单体液压支护，采用DW-45型，每排2根，单体柱支在工字钢上，在切巷小断面导硐掘进完毕后支设距巷中最近的一排单体柱，第二排单体柱随巷道铺底硬化过程中支设，距巷中500 mm支护，间排距1 800 mm×1 800 mm，单体柱支撑力大于11.5 MPa，柱体之间用2分钢丝绳连接防倒，柱头用双股14号铅丝与工字钢或顶板金属网连接牢固。锚杆外露长度10～50 mm，锚索外露长度150～250 mm，间排距误差均不得超过±100 mm。

进行下一循环之前，永久支护距工作面不超过0.9 m，最大空顶距不超1.8 m，上部2排护帮滞后工作面不超过5 m，下部护帮锚杆不得滞后超过15 m。

3 应用效果

在8512工作面上按照掘进工艺进行试验，结果表明：单班进尺数最大9 m，日进尺数最大24 m，月进尺数最大508 m。完成1个循环作业的掘进时间为48 min，其中割煤7.8 min，支护40.2 min，掘进效率明显提高，循环作业周期缩短约35 min，可见，掘进工艺应用效果较好，掘进速度提升，采掘工艺得以连续，施工安全得到保障，在掘进过程中没有出现支护失效、顶板离层或冒落等现象，消除了支护间隔期的安全隐患，保证了巷道的支护效果，能够满足巷道断面快速掘进施工要求。

4 结论

1）为了提高掘进速度，马脊梁矿8512工作面采用见底控顶的切割方式施工后，解决了掘进效率低、支护难度大等技术问题，提升了掘进速度和掘进巷道的稳定性，经过临时和永久支护，确保了巷道支护的安全性。

2）通过工艺实施，单班进尺数最大9 m，日进尺数最大24 m，月进尺数最大为508 m，完成1个循环作业的掘进时间为48 min，循环作业周期缩短约35 min，大大提高了掘进效率，采掘工艺得以连续，施工安全得到保障，且掘进施工工艺的实用性较强，应用效果显著。

3）在掘进过程中没有出现支护失效、顶板离层或冒落等现象，消除了支护间隔期的安全隐患，保证了巷道的支护效果，能够满足巷道断面快速掘进施工要求。