煤矿井下煤巷综掘工艺优化

翟党帅

(山西潞安集团 司马煤业公司，山西 长治 047105)

1 矿井地质及综掘工艺概况

1.1 矿井地质概况

司马煤业公司井田地处太行山脉西翼较为平缓地带——长治盆地范围内，全区均被第四系黄土覆盖，无基岩出露，井田总体呈一单斜构造，井田构造属简单类。目前开采3号煤层，平均厚度6.57 m，倾角在3～9°之间，大部分小于8°，为全区稳定可采的近水平厚煤层，煤层结构简单，顶底板一般为泥岩、砂质泥岩，局部为粉砂岩或细粒砂岩。

1.2 巷道支护概况

司马煤业公司煤巷综掘工作面均为矩形断面，巷道一般沿煤层底板或顶板掘进，巷道高度一般为3.2～3.6 m，巷道宽度一般为4.5～5.5 m，巷道采用锚网索梁支护；顶锚杆规格一般为MSGLW335/20×2 400 mm，帮锚杆规格一般为MSGLW355/20×2 000 mm，锚索规格一般为SKL18.9-1/1860-7 300 mm；顶板垂直布置6～7根锚杆、2～4根锚索，帮部水平各布置4～5根锚杆，锚杆采用SB-D16-60 mm圆钢焊接的钢筋托梁连接形成整体，锚索采用单体拱形托盘或16号槽钢两两相连；巷道全段面铺设金属网，使用16号双股铅丝孔孔相连[1]。

1.3 巷道施工工艺概况

施工时采用EBZ-160TY型掘进机进行割煤，配套使用DZQ80/30/11型带式转载机及DSJ80/40/90型胶带输送机进行出煤，支护时使用MQT-130/2.8C型气动锚杆(索)钻机打设顶锚杆(索)，使用ZQS-50/300手持气动帮锚杆钻机打设帮锚杆，采用两部梯子斜靠巷帮并使用优质方木、木板搭设“井字形”工作平台，支护时顶帮同时作业，帮部支护滞后顶部支护1排打设[2]。

2 原施工工艺存在的问题

如图1所示，以巷高3.2 m巷道为例，巷道帮部打设4根锚杆，滞后顶锚杆1排打设，帮部锚杆采用一整根四孔纵向布置的钢筋托梁连接，掘进机割完煤并清理干净掘进工作面浮煤后退机至迎面墙5 m以外停机闭锁，然后依次进行人工敲帮问顶、临时支护、搭设“井字形”工作平台、顶帮永久支护。此种施工工艺主要存在四个方面的问题[3]：

图1 原工艺巷帮支护示意(mm)

1) 掘进工作面迎面墙暴露高度及面积大，暴露高度为整个巷高3.2 m，迎面墙呈垂直顶底板状态，迎面墙无支撑，容易造成迎面煤墙片帮伤人事故。

2) 支护时搭设的“井字形”工作平台距底板较高，高度至少为1.2 m才能保证人员进行正常支护作业(巷道超高时该高度会增加)，因此不便于作业人员上下工作平台，且在遇到紧急情况时也会造成人员撤退困难。

3) 施工帮部底角锚杆时，存在“一个不便、两种风险”，即：作业人员位于工作平台下方，作业空间小，不便施工；作业人员距离迎面墙较近，存在片帮伤人的风险；工作平台上方的工器具等存在掉落伤人的风险。

4) 在掘进机割煤过程中由于掘进机来回摆动，容易造成底角锚杆被掘进机铲板铲坏，变成失效锚杆。

3 优化后的施工工艺及其优点

鉴于原有施工工艺存在的缺点及风险，结合现场实际情况对施工工艺进行了优化，采取了针对性措施。

如图2所示，将帮部的1整根四孔纵向布置的钢筋托梁改为一纵一横两根钢筋托梁，即帮上部为1根三孔纵向钢筋托梁连接帮上部3根锚杆，帮下部为1根三孔横向钢筋托梁连接3排帮下部底角锚杆，支护时滞后顶部锚杆1排支护帮上部3根锚杆，底角锚杆滞后顶部支护5～7排支护并使用三孔横向钢筋托梁连接；同时迎面墙煤墙割成前倾斜坡状，并在迎头处留有3～5排不小于700 mm厚的底煤。作业时其余工艺仍按照原工艺顺序依次进行。

图2 优化后工艺巷帮支护示意(mm)

优化后的施工工艺优点包括以下四个方面：

1) 优化后，掘进工作面迎面墙暴露高度及面积大大减小，暴露高度最大为2.5 m，迎面墙呈前倾斜坡状态，迎面墙上部煤体得到了下部煤体的有效支撑，大大降低了煤墙片帮风险，能够有效避免迎面煤墙片帮伤人事故。

2) 优化后，因“井字形”工作平台下方留有不少于700 mm厚的底煤，使工作平台距底板的高度大大减小，高度约为500 mm甚至更小，便于作业人员上下工作平台，且在遇到紧急情况时人员从工作平台上撤退也比较容易，不会造成次生危险。

3) 优化后，施工帮部底角锚杆时有以下优点：①作业人员由工作平台下方转移至工作平台后方作业，作业空间大，容易操作；②作业人员远离迎面煤墙，有效避免了煤墙片帮伤人风险；③工作平台下方无人作业，即使工作平台上方工器具等掉落也不会造成人员伤亡。

4) 优化后，底角锚杆滞后打设，在掘进机割煤过程中，掘进机铲板运行范围内无底角锚杆，可以有效杜绝底角锚杆被掘进机铲板铲坏，避免了失效锚杆造成的质量问题，实现了降本增效。

4 优化工艺前后经济效益对比

优化工艺后在经济效益方面存在三方面优势，①投入的帮部钢筋托梁长度减少、成本降低，即每掘进100 m巷道约少投入帮部钢筋托梁108 m，减少投入费用约1 700元；②被掘进机铲板铲坏而变成失效锚杆的数量减少，相比优化前不再需要重新补打锚杆，每掘进100 m巷道约减少补打锚杆数量15根，节省费用约800元，以上两项，每掘进100 m合计约节省费用2 500元；③降低了作业人员的劳动强度，规避了多项伤人风险，产生了较大的安全效益。

5 结 语

通过采取帮钢筋托梁规格调整、留设底煤、控制迎面墙状态、人员施工位置调整等一系列工艺优化措施，有效地规避了原有煤巷综掘施工过程中存在的安全风险，保证了施工作业安全，但当地质条件发生变化，如帮部煤质破碎、酥软时，下部支护不能滞后太多，必须及时采取单体锚杆配合W护板等进行支护，否则可能会造成下部煤体垮落，对巷道支护强度造成影响。另外，不管是原工艺还是优化后的工艺都可以看出，作业人员的参与程度和劳动强度均较大，且都存在平行作业，因此，施工组织和安全确认最为关键，需要对作业人员进行合理分工，避免相互影响造成安全事故。再者，从综掘工艺发展来看，目前先进的综掘工艺主要有综掘机配锚杆钻车支护工艺、综掘机机载双锚支护工艺、掘锚一体机掘进工艺等，要从根本上规避风险，还是要依靠先进的设备和工艺，尤其是发展智能化掘进工作面，使“少人则安”、“无人则安”，使矿井安全、高效发展。