高应力大倾角切眼综掘施工工艺优化

苏泽明

（山西省汾西矿业（集团）有限责任公司双柳煤矿， 山西 柳林 033300）

0 引言

埋藏深度较大且倾角超过25°的巷道普遍采用炮掘小断面切眼后刷扩巷帮方式，虽然可满足掘进施工需求，但普遍存在施工效率偏低、工作人员劳动强度大以及掘进对围岩扰动大等问题，导致围岩成型效果不佳、支护难度大等问题[1-3]。综掘方式具有机械化程度高、掘进效率高等优点，是实现巷道快速掘进的主要技术途径[4-5]。将综掘方式应用到高应力大倾角巷道施工中可明显提升巷道掘进效率[6]。山西某矿31302 工作面切眼采用EBZ230 综掘机掘进以期提升掘进效率，文中就综掘机在高应力大倾角切眼中应用存在问题进行分析，并针对掘进工艺进行优化，以期能在一定程度提升高应力大倾角巷道掘进效率，提升煤炭生产效率。

1 31302 工作面概况及综掘存在问题

1.1 31302 工作面概况

31302 工作面回采的13 号煤层埋深680 m，回采的13 号煤层厚度4.1 m，倾角23°～28°，采面设计推进长度980 m、切眼斜长为182 m。13 号煤有厚度0～0.5 m 的泥岩伪顶；直接顶为石灰岩、厚度2.63 m；基本顶为砂质泥岩、厚度8.32 m。底板为泥岩、砂岩及石灰岩。切眼沿13 号煤底板掘进，矩形断面（净宽7.7 m、净高4.0 m），采用先掘进小断面巷道后刷扩巷帮方式，首先掘进宽度4.0 m、刷扩宽度3.7 m。采用锚网索支护工艺，如图1 所示。锚杆、锚索间排距分别为1 000 mm、1 000 mm，2 000 mm、2 500 mm，中部布置的木点柱按照3 000 mm×3 000 mm 间排距布置。

图1 切眼支护断面示意图（单位：mm）

1.2 综掘存在问题分析

31302 工作面切眼采用EBZ-230 综掘机掘进，具体使用的掘进机技术参数如表1 所示。在采用综掘机过程中主要面临片帮严重、掘进机温度性能差以及运输困难等问题，具体表现为：

表1 综掘机技术参数

1）在大倾角巷道中掘进时，掘进迎头位置顶板出现一定程度片帮；

2）巷道坡底倾角介于23°～28°，坡度超过综掘机最大坡度，加之在掘进过程中冷却水及喷雾导致底板有一定积水，导致综掘机在掘进期间出现行走困难；

3）倾角大掘进期间容易出现飞矸伤人问题；

4）物料运输困难，施工人员现场工作时存在劳动强度大以及效率不高等问题。

2 综掘工艺优化

根据31302 工作面切眼掘进现场情况，从片帮防护、掘进优化以及引进大倾角运输设备等方面出发，对高应力大倾角切眼掘进工艺进行改进优化[7-8]。

2.1 引进防片帮装置

切眼开挖后及时前移临时支护前探梁并固定防滑链；在前探梁前端安装由防片帮装置（钢筋网制作），具体设备结构如图2 所示，通过临时支护提高掘进安全保障能力。在掘进迎头用2 根锚杆压一片钢筋网（网片规格3 m×3 m）实现掘进区域金属网全断面封闭，避免后续支护期间出现片帮伤人问题。

图2 防片帮装置示意图

2.2 优化掘进工艺

2.2.1 构建人造平台

在综掘机后方装矸以便为综掘机前移提供人造平台，具体现场情况如图3 所示。根据以往掘进经验，布置的人造平台长度超过13 m，坡度在12°以内即可满足行走需要。在人造平台上，综掘机不会出现下滑问题，同时人造平台便于综掘机移动以及截割巷道下部断面。

图3 大倾角巷道综掘设备布置示意图

在综掘机履带上布置牵引油缸、链条（Φ265 mm），油缸两端分别连接到锚杆、掘进机上，并通过液压支架推移油缸，避免综掘机停机期间下滑。油缸伸缩受综掘机上液压控制系统控制，控制手柄位于综掘司机操作台位置。当综掘机停止运行时，伸缩油缸以便固定综掘机机身；当出现爬坡困难时则收缩油缸给综掘机提供一定牵引力。

2.2.2 截割路线优化

在大倾角巷道内掘进时，由于大倾角巷道底板与综掘机间摩擦力小、加之巷道底板潮湿等导致综掘机按照原有截割路线掘进时机身异常振动情况严重。根据以往掘进经验，提出从由下及上、由左到右方式，在截割头上提时会增大掘进机对底板压力，避免出现打滑问题。

2.3 引进大倾角带式输送机运输设备

针对大倾角巷道运输困难且在运输过程中容易出现倾倒或者洒矸等问题，引进适用于大倾角运输的带式输送机。该带式输送机输送带类型为大包角、花纹输送带，输送带具备较大的摩擦系数，从而增加运输过程中的摩擦阻力，避免出现运输的煤矸滚动情况；同时大包角输送带减少了煤矸在输送带上摊铺面积，可实现集中运输；在机架上间隔24 m 布置防飞矸装置，避免飞矸伤人；在机尾处布置防倒绳，避免在重载情况下带式输送机整体下滑。

2.4 优化物料及设备运输方式

31302 工作面设计使用单吊轨运输刮板输送机，并在切眼施工期间在顶板上布置单轨吊梁。根据现场情况，提出采用单轨吊梁+14 t 液压绞车+承载车方式进行物料运输。在切眼靠近运输巷位置施工绞车硐室（规格4.5 m×2.2 m×2.5 m），并采用4 根规格Φ22 mm×2 200 mm 地锚杆固定绞车。固定液压绞车前应先清理并硬化巷道底板，在掘进机后方3～5 m 位置在施工锚杆并安装导向轮（20 t），通过绞车牵引即可实现物料运输。

3 结论

1）对于高地应力大倾角切眼掘进期间，若采用传统的炮掘方式掘进，存在掘进效率低、工作人员劳动强度大以及掘进对顶底板扰动明显等问题，加之断面大导致围岩支护难度明显增大。为此，文中提出采用综掘方式掘进31302 工作面切眼。

2）对31302 工作面切眼综掘期间面临的问题进行分析，并根据以往经验以及现场技术情况，对综掘工艺进行优化，具体措施包括有引进防片帮装置强化迎头支护，避免冒落煤矸石影响后续掘进；通过构建人工平台降低掘进迎头综掘机布置倾角，为综掘机截割工作高效开展创造良好条件；优化截割路线提高综掘机截割稳定性；引进大倾角运输设备实现煤矸运输稳定，避免运输期间出现煤矸滚动情况；优化物料及设备运输方式，提高运输效率。

3）31302 工作面切眼使用综掘方式后，切眼掘进进尺可达到180 m/月，切眼耗时1 个月即完成掘进工作，期间综掘机、运输系统等始终保持稳定。而以往切眼采用炮掘方式掘进时耗时普遍在3 个月以上。通过在高应力大倾角切眼中使用综掘方式，实现了快速安全掘进，为采面煤炭早日投产赢取了更多的时间。