大断面切眼巷道掘锚一体机施工应用技术

李杰

（山西省晋神沙坪煤业有限公司，山西 忻州 036500）

0 引 言

目前，我国对于煤矿井下所使用的掘锚一体机研究方向及内容大多在快速掘进、支护技术研究和后配套选型上，对掘锚一体机施工大断面巷道及二次成巷掘进工艺研究极少，造成掘锚一体机只能掘进常规巷道的误区，磁窑沟煤业近几年来一直对掘锚一体机施工大断面巷道掘进工序进行摸索、研究，尝试多样化掘进施工大断面巷道掘进工艺及二次成巷掘进工序，通过不断的在井下实践应用，优势显著。磁窑沟煤业10109切眼采用掘锚一体机施工大断面切眼二次成巷掘进工序，使用切槽、采垛二次工序来完成巷道的掘进，此项工艺不仅减少职工人员投入数量及劳动强度，加强顶板支护，巷道顶板受采动影响较小，有效控制了底板，消除了诸多不安全因素，对掘锚一体机施工大断面巷道掘进工序有了新的尝试。

1 概 况

1.1 地面相对位置及地质情况

10109切眼掘进工作面，东面为10110工作面（未布置），南面为原煤子塔煤矿开采区域，西面为10103工作面（已于2014年7月完成回采）。对应地表为山西西北部黄土高原中—低山区地形，地表为黄土和红土覆盖。10109切眼地面最低点位于10109切眼与胶运顺槽交叉处，地表高程为+1 050 m，推测该处对应煤层底板高程为+962 m，采深为88 m。根据《矿井生产地质报告》，10109工作面受S4向斜影响。S4向斜位于煤矿南部，轴线位于ZK19、补6号孔附近，轴向从北向南有所弯曲，从补6孔到ZK19孔的变化趋势为NW—N—NNE，总体向NW倾伏。根据煤层底板等高线，10109工作面总体北高南低，掘进工作面坡度较为平缓，平均坡度为1.5°。根据井田范围内10-2号煤层开采情况，各区域均受到了褶皱，但影响不大。生产中需加强现场揭露情况的观测，如揭露隐伏地质构造，需及时调整工作面，尽量减少割入的泥岩影响煤质。

1.2 巷道布置

10109切眼掘进工作面全长为200 m，全宽为7.8 m，全高为3.7 m，巷道断面为28.86 m2，巷道净断面为27.65 m2（巷道净宽7.64 m，净高3.62 m）；切眼正对调车硐室全长为6 m、全宽为5.5 m、全高为3.7 m，开设1个；切眼内调车硐室全长为6 m、全宽为5.5 m、全高为3.7 m，开设2个；煤机机窝全长为40 m，全宽为1.5 m、全高为3.7 m；切眼机头、机尾各开架窝1个，全长5 m、全宽1 m、全高3.7 m，巷道开口抹角尺寸均为10 m×8 m。10109巷道平面如图1所示。

图1 1 01 09巷道平面Fig.1 Roadway layout of No.10109 Face

2 支护设计与工艺质量

2.1 支护设计

10109切眼支护示意如图2所示。

图2 1 01 09切眼支护示意Fig.2 Supporting diagram of No.10109 Cut

（1）工作面遇到地质构造时，由跟班副队长进行现场指挥，停止掘进作业，汇报相关部门，并根据现场制定的安全技术措施，及时改变支护工艺，确保安全施工。10109切眼掘进期间顶板均采用联合支护[1]。

（2）切眼顶支护。顶锚杆选用φ18 mm×2 000 mm圆钢锚杆，间排距为800 mm×1 000 mm，锚索规格均为φ17.8 mm×8 000 mm，间排距为1 500 mm×2 000 mm，W钢带型号为0.23 m×3.6 m，钢带搭接布置，所用树脂规格均为CK2360，顶网采用5.6 m与2.3 m铁丝网支护；随巷道掘进在皮带外侧施工一排单体支柱（排距为3.5 m），后期皮带撤出后在切眼中心线处施工单体液压支柱，排距为3.5 m，单体施工必须紧跟胶带机机尾处。

（3）切眼帮支护。正帮使用φ22 mm×2 000 mm玻璃钢锚杆，帮网采用2.5 m×5 m塑料网支护，锚杆矩形对称布置，间排距为2 000 mm×2 400 mm；负帮选用φ16 mm×1 800 mm的圆钢锚杆，网片规格为2 500 mm×5 000 mm金属网支护，锚杆矩形对称布置，间排距为1 000 mm×1 600 mm；树脂型号均为CK2360，在掘进过程中，帮部破碎时根据现场实际情况缩小锚杆间排距，必须保证两帮支护到位方可进行掘进[2-3]。

（4）掘进工作面永久支护后最大未支护距离的确定。掘进工作面循环进尺为1m，因掘锚一体机最小未支护距离为2.4 m，故距工作面迎头最大未支护距离为3.4 m。锚索每2 m支护1排，故永久支护后锚索距工作面迎头最大未支护距离为5.4 m，帮锚杆距工作面最大未支护距离为15 m（掘锚一体机长度+最小控顶距）。

2.2 支护工艺及检查验收要求

（1）顶部支护。由ABM20型掘锚一体机上4个顶锚钻箱完成巷道顶板支护，由风动锚头完成巷道帮支护，支护锚杆时要严格按照相关制度及各规程措施进行施工。切眼施工顶锚杆每排10根，间距300-800-800-800-800-800-800-800-800-800-300 mm，每排距离为1 000 mm，切槽时每一排支护7根锚杆，采垛完成后再支护补齐剩余锚杆。锚索支护采用掘锚一体机进行支护，锚索+W钢带进行补强支护，切眼每排支护锚索5套，W钢带每排使用2条。

（2）帮部支护。锚索及顶锚杆作业完成后，由风动锚头完成巷道正帮、负帮的支护，如果巷道两帮有片帮时，帮锚杆紧跟工作面支护，不小于正常支护强度，支护顶、帮锚杆时要严格按照规章制度及其规程措施进行施工。负帮施工帮锚杆每排3根，间距200-1 000-1 000-1 000 mm，间排距为1 000 mm×1 600 mm，正帮施工帮锚杆每排2根，间距200-2 000-2 000 mm，间排距2 000 mm×2 400 mm，每列支护2根。

（3）使用检测工具对巷道支护进行拉拔、扭矩检测。由跟班队干对当班所施工的锚杆扭矩进行验收，对失效锚杆及时进行补打，对当班检测扭矩不达标的锚杆必须进行二次紧固，检测后按要求填写相关记录。定期对巷道锚杆、锚索进行拉拔试验，发现不达标的要及时补打，并按照要求填写相关记录[4]。巷道质量允许偏差规定见表1。

表1 巷道质量允许偏差规定Table 1 Specification for allowable deviation of roadway quality

3 掘进方式及工艺

（1）由掘锚一体机上4个顶锚钻箱完成巷道顶板支护，掘锚一体机掘进一个循环时，对最前方空顶进行锚杆及锚索支护，边掘进边支护锚杆、锚索，风动钻机施工帮部锚杆支护，煤炭通过掘锚一体机输送机运至桥式转载机，最后使用皮带机运出。辅助运输工作由无轨胶轮车来完成。

（2）掘锚一体机掘进切眼采用切槽、采垛2个步骤完成，激光偏中线左帮3.9 m，右帮3.9 m，采垛滞后于迎头3 m以上，在巷道前方的煤壁进行切割。胶运顺槽时一次成形，掘锚一体机司机在激光指向仪的导向下，激光偏中线左帮3.9 m，右帮1.5 m进行掘进；按照设计要求掘进。掘进至施工硐室位置时，由生产科及地测科现场确认后，再进行施工，开口时必须保证巷道无断层及构造时再进行开口[5-6]。

（3）掘进与支护交叉作业。当掘进1 m后，进行顶部支护，后进行开机再次掘进，严禁超循环作业，必须做到短掘短支。检修与支护可以平行作业。早班掘锚一体机退出工作面要支护的范围，截割头落地切断电源后，工作面支护，后方检修，互不影响。

（4）每班下班前，清理工作面浮煤及其他文明卫生工作，做好交接班的准备工作。

（5）当掘进巷道向前推进，桥式转载机无法接煤时，延伸胶带机，每班延伸胶带机必须一次性延伸到位，保证当班正常使用。

4 防范措施

（1）所有在岗人员持证上岗，工作时要集中精力，认真操作，确保操作质量。

（2）施工前及时联系地测科放置施工线，每班交接班后校正激光，准确后方可进行掘进。

（3）每班要严格执行敲帮问顶制度，认真填写敲帮问顶记录。

（4）沿设计坡度掘进，保证巷道顶底板平整，无台阶，准确掌握巷道高度，严禁超高或偏低。

（5）掘锚一体机司机掘进时要随时注意观察顶板和帮部情况，如发现异常，立即停机，并将掘锚一体机退至支护完好的巷道内，消除隐患后方可掘进[7-8]。

（6）严禁带载启动掘锚一体机，应在掘锚一体机达到满速后，方可进行掘进。

（7）桥式转载机司机作为工作面安全员，严格控制人员进入工作面。应停电上锁后，方允许人员进入检查指导工作。

5 结 论

以往磁窑沟煤业使用连续采煤机与掘锚一体机单一施工大断面巷道掘进工艺，材料配件投入费用高，人员投入多，空顶量大，受采动影响大，不利于管理顶板等诸多因素，尤其连续采煤机运行时副司机拉电缆安全隐患极大。现使用掘进一体机配套桥式转载机施工大断面多样化掘进工序优势显著。

（1）掘锚一体机施工大断面巷道掘进工序多样化，可根据地形、煤层及顶底板情况选择掘进工序，避免了单一掘进工序的约束性。

（2）掘锚一体机施工大断面巷道支护多样化，可根据顶底板情况选择支护方案，有效控制顶板。

（3）掘锚一体机施工大断面巷道采用切槽、采垛2个掘进工序，可以以垛为柱，加强顶板的完整性及强度，减少掘进时顶板受采动的影响。

（4）可减少设备维护及配件投入费用,并且桥式转载机易维护，故障率低，避免了因一号连运车故障影响生产。

掘锚一体机施工大断面切眼掘进工序，可以有效的化解其他掘进工艺所带来的诸多不利因素，改变原有的掘进工序，掘锚一体机施工大断面巷道掘进工序在条件允许的煤矿中，将具有广阔的推广价值[9-10]。