耙裝機+掘進機前進斜切擴幫的實踐與應(yīng)用

林治國 張經(jīng)龍 徐衍民

（汶上義橋煤礦有限責(zé)任公司，山東 濟寧 272500）

傳統(tǒng)情況下，回采工作面切眼導(dǎo)硐施工后，綜采設(shè)備安裝前需進行擴幫作業(yè)，確保滿足安裝綜采設(shè)備需求的空間。擴幫掘進工藝一般采用鉆爆法或掘進機截割法，施工速度直接影響設(shè)備的安裝和采掘接續(xù)。因此選擇勞動強度低、安全系數(shù)大、掘進工效高且工期短的施工方法，對提高經(jīng)濟效益實現(xiàn)安全接續(xù)極為有利。本文通過綜掘施工切眼導(dǎo)硐后，創(chuàng)新性地采取掘進機前進式斜切截割破煤、截割部“擺煤”、耙裝機后退式出煤相結(jié)合的擴幫掘進工藝，該工藝避免了二次安裝皮帶機和跑道，減少了工作量，降低了勞動強度，比傳統(tǒng)綜掘工藝和鉆爆法施工更加快速和靈活，日平均進尺13m。

1 概況及背景

汶上義橋3307工作面切眼設(shè)計長度200m，沿煤層底板托頂煤掘進，煤層厚度約3.8～5m，切眼總寬度8600mm，回采工作面采用傾斜長壁采煤法布置，綜采放頂煤工藝。導(dǎo)硐及擴幫掘進期間，均采用EBZ260D掘進機進行截割破煤，DSJ100型簡易帶式輸送機運煤。

1.1 切眼導(dǎo)硐

切眼導(dǎo)硐斷面規(guī)格為矩形，掘進寬度4200mm，掘進高度3700mm，掘進斷面積15.54m2，巷道底板左右平齊，已與3307工作面軌道順槽和膠帶順槽貫通?？紤]到切眼長度僅有200m，若使用掘進機第二運輸機，導(dǎo)硐開門施工50～60m后，需回撤開門耙裝機并安裝帶式輸送機儲存皮帶，剩余140m巷道掘進期間反復(fù)拉移跑道，工序繁瑣，勞動強度大，故采取掘進機后跟耙裝機的方式掘進。

1.2 切眼主動支護設(shè)計

3307工作面切眼頂部及兩幫選用MSGLW-500/Φ22mm×2400mm左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為800mm×800mm，錨固力100kN，預(yù)緊力矩不小于200N·m。采用W形鋼帶配合錨桿支護，頂部采用W形鋼帶（規(guī)格為3mm×280mm×4300mm，6孔），切眼右?guī)筒捎肳形鋼帶（3mm×280mm×2100mm，3孔），W形鋼帶間距2400mm。

頂部采用錨索+T型鋼帶進行加強支護。切眼導(dǎo)硐錨索規(guī)格為Φ21.6mm×4500mm，擴幫斷面錨索規(guī)格為Φ21.6mm×6500mm，錨索間排距為1700mm×1600mm，每排3根。T型鋼帶規(guī)格為140mm×20mm×3800mm，錨索托盤規(guī)格為200mm×150mm×20mm，錨索托盤長邊方向沿鋼帶方向，錨索與錨桿錯排布置，預(yù)緊力不低于100kN。切眼導(dǎo)硐頂板取3根錨索，擴幫期間頂板取3根錨索，切眼頂板每排共布置6根錨索，導(dǎo)硐及擴幫巷中一根向兩側(cè)各布置一根。

1.3 切眼擴幫

1.3.1 擴幫斷面設(shè)計

擴幫斷面為平行四邊形，沿煤層底板施工，巷道頂板平行于煤層底板，巷道底板左右傾斜15°，掘進寬度4400mm，掘進高度2500mm，掘進斷面積11m2。擴幫后切眼跨度為8600mm，巷道斷面積達(dá)到27m2。

1.3.2 擴幫期間被動支護設(shè)計

擴幫時采用單體液壓支柱+鉸接頂梁對切眼頂板加強支護。擴幫側(cè)兩排單體液壓支柱型號為DWX35，導(dǎo)硐側(cè)一排單體液壓支柱點柱型號為DWX45。點柱每間隔1000mm支設(shè)一排，每排3棵。切眼導(dǎo)硐中心線向左偏100mm為右側(cè)一排單體，切眼導(dǎo)硐中心線向左偏2700mm為中間一排單體，切眼導(dǎo)硐中心線向左偏4650mm為左側(cè)一排單體。每棵單體液壓支柱配一根1.0m鉸接頂梁。中間一排單體+鉸接頂梁滯后擴幫掘進工作面不大于15m，切眼下幫側(cè)一排單體+鉸接頂梁超前中間一排單體支護，滯后掘進機不大于2m，切眼上幫側(cè)一排單體+鉸接頂梁超前擴幫掘進工作面不小于20m。如圖1所示。

1.3.3 掘進機規(guī)格

EBZ260D 掘進機能實現(xiàn)連續(xù)切割、裝載、運輸作業(yè)，截割硬度不大于 110MPa，爬坡能力±18°。該掘進機長15.5m，最寬處寬2.6m，最凸處高2.1m，截割最大面積為 39.5m2。

圖1 擴幫后錨索+單體支護(儲煤通道)示意圖

2 切眼擴幫施工

傳統(tǒng)擴幫方法是待切眼導(dǎo)硐與上下順槽貫通后，拆卸掘進機重新安裝皮帶機進行綜掘擴幫或安裝耙裝機進行鉆爆法擴幫。但是該方案工作量大，工期長，受制于擴幫斷面的規(guī)格和掘進機的尺寸，采用普通的綜掘工藝，無法滿足相應(yīng)的安全間隙。

2.1 創(chuàng)新擴幫施工方法

擴幫采用掘進機前進式截割破煤、截割部由右向左“擺煤”、耙裝機出煤相結(jié)合的掘進工藝。耙裝機安裝在切眼導(dǎo)硐側(cè)，擴幫掘進工作面上山方向，由里向外機掘擴幫，耙裝機后退式移機。

2.1.1 移機工藝

（1）耙裝機分段后退，掘進機逐排向前擴幫，耙裝機距擴幫掘進工作面最小距離為3m，最大距離為45m，分段長度以35～45m為宜。

（2）采用JH-14單速絞車配合繩徑不小于18.5mm的鋼絲繩向后拖運耙裝機。

（3）耙裝機后退至合適位置穩(wěn)固后，立即支設(shè)切眼導(dǎo)硐側(cè)超前單體，確保耙裝機出繩方向與超前單體支設(shè)方向平行并居于超前單體與煤壁之間。使用厚50mm的木板配合鋪設(shè)在單體液壓支柱上，形成高1500mm的耙斗出煤通道，柔性儲存擴幫掘進工作面煤矸。

（4）掘進至最小耙裝距離后，掘進機?？吭谟^，后退耙裝機。

（5）后退耙裝機時使用皮帶電鈴聯(lián)系。

2.1.2 擴幫掘進工藝

（1）掘進機前進式斜切進刀，掘進機司機始終處于切眼導(dǎo)硐內(nèi)，確保掘進機司機安全退路通暢。如圖2、圖3所示。

（2）耙裝機在超前單體出煤通道內(nèi)運行，尾輪固定在導(dǎo)硐頂板上。

（3）掘進機每循環(huán)截割進尺1.6m，掘進施工兩排后，使用截割頭由右向左反復(fù)“擺煤”，確保煤矸被擺至出煤通道內(nèi)。耙裝受限時前移掘進機，鏟板將截割頭擺出的煤矸推鏟至出煤通道內(nèi)。

（4）出煤后，掘進機退出迎頭3～5m，進行前探梁臨時支護。

（5）受限于掘進機長度和高度，幫部支護滯后迎頭不大于6排錨桿，空幫高度不超過2000mm，圍巖松軟或破碎時必須及時支護。

（6）擴幫工藝流程：交接班檢查、準(zhǔn)備→掘進機割煤→截割頭反復(fù)擺煤，掘進機向前推鏟煤→耙裝機出煤→掘進機退機→臨時支護→永久支護→支設(shè)掘進機后單體。

圖2 斜切施工模擬圖

圖3 斜切施工示意圖

2.2 施工管理

（1）擴幫作業(yè)前，由跟班副區(qū)長安排專人將切眼導(dǎo)硐側(cè)巷道底板清理至巖石底板，以底板確定擴幫高度。在擴幫工作面右?guī)晚敳繕?biāo)記輪廓線，以便掘進機司機按輪廓線截割。

（2）擴幫作業(yè)前，卸下切眼導(dǎo)硐擴幫側(cè)原支護錨桿托盤并拆網(wǎng)，每次不得超過3排。

（3）因擴幫巷高低于導(dǎo)硐巷高，若擴幫側(cè)頂板有冒落傾向時必須施工前探錨桿維護頂板。

（4）耙裝機作業(yè)時，人員要躲避到安全地點，嚴(yán)禁在耙斗運行范圍內(nèi)停留、通過或作業(yè)。若需在擴幫迎頭后平行作業(yè)時，距離耙裝機尾輪不小于5m處拉設(shè)警戒牌，人員躲開警戒牌2m以上。

（5）耙裝與掘進工作面打眼、支護、掘進機截割等平行作業(yè)。

① 耙裝機照明必須完好，機械、電氣部分必須完整、可靠，聚乙烯牽引繩完好、尾輪固定牢固。

② 沿切眼導(dǎo)硐下幫（擴幫側(cè)）拉設(shè)警戒牌，人員作業(yè)時躲開警戒牌2m以上，嚴(yán)禁人員進入耙斗運行區(qū)域。

③ 尾輪固定在Φ18×64mm圓環(huán)鏈上，鏈子兩端采用錨桿固定在出煤通道頂板上，擴幫掘進工作面后不大于2m的位置。

④ 人員進出時要提前發(fā)出信號，司機發(fā)現(xiàn)信號后要及時停機斷電，并向?qū)Ψ桨l(fā)出安全信號后，人員方可行走。

（6）調(diào)機、退機時每次拆除不大于5棵障礙單體，調(diào)整完掘進機后及時補打單體。

3 掘進機前進式斜切擴幫的優(yōu)缺點

3.1 施工方案的優(yōu)點

（1）與鉆爆法擴幫相比，降低了放炮震動對巷道圍巖及支護的破壞，有利于托頂煤掘進；減少打眼、裝藥及爆破工序，節(jié)約工時，充分發(fā)揮了掘進機快速高效的優(yōu)點。

（2）與掘進機截割擴幫相比，可以利用切眼導(dǎo)硐簡易帶式輸送機，無需重新安裝帶式輸送機，降低了勞動強度。

（3）掘進機在切眼導(dǎo)硐內(nèi)進行斜切擴幫，司機始終在導(dǎo)硐已施工區(qū)域，安全空間暢通，適用于矮斷面綜掘施工。

（4）耙裝機后退后，集中支設(shè)超前單體，在單體之間安設(shè)木板形成“擋煤墻”，該出煤通道既能出煤又能儲煤，且截割部邊擺煤耙裝機邊出煤，提高了出煤效率。

（5）耙裝機配合掘進機出煤，可避免反復(fù)回撤耙裝機、皮帶機和跑道，適用于短距離掘進。

（6）擴幫期間，耙裝機在掘進機前方，可以集中人員在掘進機后方支設(shè)或調(diào)整單體，提高了安全系數(shù)及工效。

（7）相較于3305工作面切眼，跨度增大1600mm，支護強度大，施工難度大。3305工作面切眼綜掘擴幫期間班平均進尺3.6m，3305工作面外切眼鉆爆法擴幫期間班平均進尺2m，3307工作面切眼擴幫采用此工藝，班平均進尺4.8m，工效顯著提高。

3.2 存在的問題及改進方向

（1）掘進機截割部由左向右“擺煤”，由于“擺煤”量超過耙斗的裝載量，鏟板推鏟過程中，部分煤易越過鏟板邊沿“淤淌”至履帶下，需增大耙斗裝載量或加高鏟板邊沿增加鏟板容煤量。

（2）由于掘進機機身長，為支護幫部，掘進機需頻繁退機，需反復(fù)回撤掘進機后的3～4棵單體液壓支柱。因此，在錨索緊跟迎頭的情況下，單體滯后擴幫工作面不大于15m調(diào)整為不大于17m。

（3）擴幫斷面巷道僅有2.5m高，而掘進機機身高度就有2.1m，掘進機司機需在導(dǎo)硐側(cè)操作，視線受阻，巷道幫部成型難以控制，安設(shè)激光指向儀標(biāo)定幫部輪廓來化解此問題。

4 結(jié)論

汶上義橋煤礦打破傳統(tǒng)擴幫方式，采用耙裝機在前、掘進機在后、耙裝機后退式移機、掘進機前進式斜切方案是安全、經(jīng)濟和科學(xué)的，掘進工效顯著提高，比原計劃提前一周結(jié)束擴幫作業(yè)，具有工藝簡單，操作簡便，勞動強度低，施工速度快，作業(yè)安全等特點，為切眼快速高效擴幫提供了經(jīng)驗。