綜掘機銳角巷道轉(zhuǎn)彎施工工藝研究與應(yīng)用

劉德波

（西山煤電集團公司鎮(zhèn)城底礦， 山西 古交 030203）

1 工作面概況

西山煤電集團鎮(zhèn)城底礦位于山西古交西北部，距古交市9.5 km處，礦區(qū)南北長約5.9 km，東西寬約5.6 km，礦井面積約33.8 km2，設(shè)計生產(chǎn)能力190萬t。22616工作面位于鎮(zhèn)城底礦南二采區(qū)，工作面順槽長度890 m，切巷長度160 m，巷道凈寬4.0 m，凈高3.0 m，斷面12 m2。工作面巷道所掘煤層為太原組8號煤層，含有四層以上夾矸，厚0.02～0.3 m。煤層均厚4.9 m，掘進時煤層呈背向斜相間構(gòu)造，煤層傾角平均3°左右，屬于近水平穩(wěn)定可采煤層。11號煤頂板平均厚3.96 m，巖性為黑灰色頁巖，性脆、易碎，抗壓強度均為389 kg/cm2。11號煤底板為灰黑色頁巖，厚度2.21 m，含鋁質(zhì)，有滑感，遇水變軟膨脹，易底鼓，抗壓強度為147 kg/cm2。

2 綜掘設(shè)備選型與技術(shù)參數(shù)

為保證礦井生產(chǎn)的安全高效，必須結(jié)合鎮(zhèn)城底礦的實際地質(zhì)條件，合理選擇綜掘工作面機械設(shè)備和生產(chǎn)工藝設(shè)計。根據(jù)鎮(zhèn)城底礦綜采工作面巷道的地質(zhì)條件、巷道斷面、煤層傾角和煤層夾矸情況科學(xué)選型，綜掘機選用上海創(chuàng)力EBZ-160綜掘機，整機尺寸長、寬、高為9.178 m×2.900 m×1.800 m。設(shè)備功率，截割部160/100 kW，油泵電機90 kW；臥底深度260 mm，最大可截深度260 mm；可適應(yīng)坡度±18°。配套使用SGB620/40T刮板輸送機，功率40 kW，電壓660 V/380 V，轉(zhuǎn)速1 470 r/min，輸送量150 t/h，中部槽，長 1500mm、寬620mm、高180mm。

3 方案設(shè)計

聯(lián)巷設(shè)計方案：22616回風(fēng)巷以0°方位角掘進施工，為完善22616回風(fēng)巷工作面回風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)計22616回風(fēng)巷掘進施工80 m后停掘，施工22616回風(fēng)巷。根據(jù)三盤區(qū)現(xiàn)有巷道布置規(guī)劃，設(shè)計22616回風(fēng)巷為225°方位角掘進施工120 m后與三采區(qū)后期回風(fēng)配巷貫通。該設(shè)計就存在22616回風(fēng)聯(lián)巷夾角為45°掘進施工困難的問題。綜掘機必須轉(zhuǎn)彎135°才能保證22616回風(fēng)巷按設(shè)計方位施工。聯(lián)巷與正巷夾角較小，從巷道斷面和綜掘機尺寸兩個因素分析，聯(lián)巷掘進施工困難，綜掘機難以進行正常的掘進施工作業(yè)。

綜掘機開口施工22616回風(fēng)巷優(yōu)點為可保證圍巖不受爆破松動，保障巷道圍巖的穩(wěn)定性，更有利于巷道頂板管理。

根據(jù)施工設(shè)計提出兩套施工方案。方案一為炮掘開口掘進施工22616回風(fēng)巷，方案二為機掘開口施工22616回風(fēng)巷。

3.1 采用炮掘開口施工22616回風(fēng)巷

22616回風(fēng)巷斷面參數(shù)設(shè)計巷道掘高2.6 m，掘?qū)?.6 m，斷面9.36 m2。22616回風(fēng)巷采用炮掘開口施工時，施工回風(fēng)聯(lián)巷所掘煤矸由22616回風(fēng)巷溜子運出，按照“四六制”生產(chǎn)作業(yè)方式，每個生產(chǎn)小班能夠掘進1 m，炮掘作業(yè)每米出煤矸12 t，每個生產(chǎn)小班組8～10人，除2人開設(shè)備外，6～8人進行出渣和支護作業(yè)。每米掘進完后及時進行錨桿—錨索—網(wǎng)—托梁—鋼帶聯(lián)合支護。

炮掘工藝優(yōu)點：炮掘施工作業(yè)不受巷道斷面限制，靈活性強，能夠適應(yīng)煤礦井下空間狹小的開口作業(yè)地點的施工。而且炮掘作業(yè)施工在掘進過程中對機械設(shè)備使用要求不高，能進行大角度穿層作業(yè)施工，能夠滿足設(shè)計復(fù)雜的巷道掘進施工。炮掘是巷道開口作業(yè)過程中常備用的一種較為普遍的施工方式。

缺點：22616回風(fēng)巷采用炮掘工藝施工，開炮時巷道銳角牛鼻子留設(shè)不住，并且開炮作業(yè)勢必會對巷道的圍巖松動圈和巷道原有支護具有一定程度的破壞。開炮作業(yè)施工使用火工品單價成本較高、掘進速度慢、施工工期較長、工人作業(yè)勞動強度大，而且存在安全隱患。

3.2 綜掘機開口施工22616回風(fēng)巷

22616材巷掘進施工使用上海創(chuàng)力EBZ-160綜掘機，機身長9.1 m，寬2.9 m，高1.8 m。功率：截割部160/100 kW。鏟板寬度2.9 m，高度1.65 m。為保證綜掘機以45°銳角拐彎進入22616回風(fēng)巷，設(shè)計回風(fēng)聯(lián)巷開口前8 m巷道寬度為4.5 m，綜掘機拐彎尺寸達到10.6 m，保證綜掘拐彎掘進施工能夠順利進行。掘進8 m后巷道前進方向右?guī)褪湛s0.8 m，巷寬為3.6 m。在兩條巷道的下幫交叉處，選定圓心，按照5 m的轉(zhuǎn)彎半徑進行轉(zhuǎn)彎。綜掘機轉(zhuǎn)彎模擬示意圖如圖1所示。

圖1 模擬轉(zhuǎn)彎圖（mm）

4 施工工藝

22616回風(fēng)巷開口采用機掘工藝落煤，所掘煤矸由人工攉入22616巷內(nèi)刮板輸送機，施工6 m后在22616回風(fēng)巷內(nèi)安設(shè)一部80 kW刮板輸送機搭接80 kW刮板輸送機出煤。施工循環(huán)進度為1.0 m，機掘時最大控頂距1.3 m，最小控頂距0.3 m。

開口前首先在22616回風(fēng)巷內(nèi)補打錨索加強支護，錨索采用Φ21.6 mm×6.3 m的鋼絞線，補打后錨索間排距與原巷道的錨索間排距為1.6 m×1.0 m。加強支護后采用綜掘機開口。

22616回風(fēng)巷開口時，左幫不動，右?guī)椭鹋啪蜻M方式向前施工。每掘進施工1 m及時進行支護作業(yè)，直至掘進施工至正巷。具體施工步驟如下：右?guī)途蜻M1.4m，第一排以45°打設(shè)兩根直徑為Φ20mm×2.2m的螺紋鋼錨桿，貼頂鋪設(shè)2眼W鋼帶，其中鋼帶眼距0.75 m。在施工第二排以45°打設(shè)三根頂錨桿，第三排以45°打設(shè)四根頂錨桿，第四排以45°打設(shè)五根頂錨桿，第五排以45°打設(shè)六根頂錨桿,各排分別配合 0.95 m（兩眼）、1.7 m（三眼）、2.45 m（四眼）、3.2 m（五眼）、3.95 m（六眼）的W鋼帶使用，右?guī)兔颗糯蛟O(shè)三根Φ16 mm×1.8 m的圓鋼錨桿，每根配套一支MS k2335型錨固劑和Φ110 mm、眼徑24 mm的高強直眼托餅使用，配合采用Φ16 mm×2.2 m鋼筋托梁下壓菱形網(wǎng)，間排距1.0 m×1.0 m，最上一根距頂板0.3 m。并在開口5 m范圍內(nèi)打設(shè)Φ21.6mm×6.3 m錨索加強支護，托盤為16 mm厚、邊長300 mm見方的鋼板，配套一支MS k2337（上）和兩支MS k2355（下）型錨固劑；開口第一排內(nèi)三角口打設(shè)一個錨索，第二排與第三排中打設(shè)一根錨索，第四排與第五排中打設(shè)兩根錨索，之后正常支護。轉(zhuǎn)彎彎道支護如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)彎彎道支護圖（mm）

采用綜掘機拐彎掘進施工22616回風(fēng)巷，機掘施工每掘進施工1 m綜掘機逐步拐彎施工，掘進施工過程中由于耙抓寬度2.9 m，出煤困難無法耙裝時人工把煤清至綜掘機耙爪，由綜掘機出煤。

采用機掘作業(yè)施工22616回風(fēng)巷，掘進效率較高，施工速度快。綜掘機能夠適應(yīng)礦井復(fù)雜多變的生產(chǎn)施工條件，同時與炮掘作業(yè)相比綜掘機的應(yīng)用減小了由于開炮作業(yè)施工對巷道深部圍巖的破壞，巷道成型規(guī)范。由于綜掘規(guī)格尺寸限制，在實際操作過程中靈活性欠缺，例如EBZ-160綜掘機，整機長、寬、高為9.1 m×2.9 m×1.8 m。在實際施工過程中受巷道斷面的制約，施工22616回風(fēng)巷以銳角拐彎掘進施工巷道，巷道的斷面尺寸限制綜掘機的正常作業(yè)施工，因此要優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)計，合理設(shè)計巷道斷面，充分發(fā)揮綜掘機道掘進施工中的優(yōu)點，提高掘進效率，降低職工勞動強度，保證高效掘進。

5 結(jié)語

通過生產(chǎn)工藝的優(yōu)化設(shè)計，綜掘機順利實現(xiàn)90°轉(zhuǎn)彎，解決了綜掘機大角度轉(zhuǎn)彎工程量大和安全問題。采用綜掘機工藝施工22616回風(fēng)巷充分發(fā)揮了機械作業(yè)的優(yōu)點，施工進度快、巷道成型好，減小了開炮施工對巷道深部圍巖的破壞，取得了較好的安全與經(jīng)濟效益，同時也為同類型綜掘機銳角巷道轉(zhuǎn)彎提供了寶貴經(jīng)驗。