深部巖巷安全高效快速掘進(jìn)工藝實(shí)踐

陳立超

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)挖金灣虎龍溝煤業(yè)有限公司，山西 朔州 038000）

虎龍溝煤業(yè)進(jìn)入深部開采范圍后，受巷道壓力、支護(hù)強(qiáng)度、底鼓問題的制約，巷道支護(hù)方式繁瑣。從煤礦深部巖巷以往炮掘施工結(jié)果來看，深部巖巷的掘進(jìn)效率相對(duì)偏低，單進(jìn)水平不高，影響到礦井采掘接替的平衡。因此，對(duì)該煤礦深部巖巷進(jìn)行安全高效快速掘進(jìn)工藝的研究是非常有必要的[1-4]。

1 概況

晉能控股煤業(yè)公司挖金灣虎龍溝煤業(yè)二采區(qū)皮帶機(jī)下山位于二采區(qū)的中部，巷道總施工長(zhǎng)度1010 m，地質(zhì)構(gòu)造條件中等，巖層傾角0°～7°，平均傾角4°。二采區(qū)皮帶機(jī)下山斷面形狀為直墻半圓拱形，采用錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)。皮帶機(jī)下山斷面拱高2500 mm，凈寬5000 mm，墻高1600 mm，S掘=20.04 m2，S凈=17.82 m2。混凝土強(qiáng)度為C20，噴漿厚度120 mm，以覆蓋網(wǎng)片和錨桿、錨索托盤為準(zhǔn)。皮帶機(jī)下山位于三煤層底板下，含有粉砂巖、砂質(zhì)泥巖和細(xì)粒砂巖等。

2 高效矸石儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)

虎龍溝煤業(yè)采區(qū)軌道巷比較長(zhǎng)，采用小絞車運(yùn)輸，運(yùn)輸周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)多，導(dǎo)致巖巷工作面出矸相對(duì)困難，是制約巖巷掘進(jìn)施工效率及進(jìn)尺的重要因素。為解決出矸問題，構(gòu)建了“工作面皮帶機(jī)連續(xù)運(yùn)輸+轉(zhuǎn)載點(diǎn)大容量緩存+采區(qū)集中分運(yùn)+井底集中提升”的高效矸石儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)。

（1）采區(qū)施工煤、矸倉(cāng)實(shí)現(xiàn)煤矸分開裝運(yùn)

采區(qū)皮帶機(jī)上下山與軌道大巷或上下山上下平臺(tái)都有一個(gè)立體空間交岔位置，為實(shí)現(xiàn)采區(qū)的煤矸分裝分運(yùn)創(chuàng)造條件。將矸倉(cāng)設(shè)計(jì)及施工在采區(qū)皮帶機(jī)上下山與軌道大巷或上下山上下平臺(tái)空間交岔位置，大大減少矸車的上下山提升運(yùn)輸周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，皮帶機(jī)運(yùn)輸矸石的效率將大大提高。分矸時(shí)采區(qū)內(nèi)所有采掘工作面的矸石都經(jīng)順槽皮帶機(jī)進(jìn)入上下山皮帶機(jī)，最后進(jìn)入采區(qū)矸倉(cāng)，從而實(shí)現(xiàn)采區(qū)內(nèi)采掘工作面的煤矸分裝、分運(yùn)，在提高采區(qū)內(nèi)煤質(zhì)的同時(shí)，提高了運(yùn)輸效率。

（2）巖巷工程施工矸倉(cāng)、分矸系統(tǒng)提高運(yùn)輸能力

在進(jìn)行下山或其他工程的開拓施工過程中，提前在適宜位置施工好煤倉(cāng)及矸倉(cāng)，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的矸石直接進(jìn)入矸倉(cāng)，后隨采區(qū)的分矸時(shí)間沿上下山皮帶機(jī)進(jìn)入采區(qū)上部矸倉(cāng)，最后在大巷或石門車場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行集中裝車外運(yùn)，節(jié)省了大量的上下山礦車運(yùn)輸矸石周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，緩解了采區(qū)軌道運(yùn)輸緊張狀況。同時(shí)，由于煤倉(cāng)及矸倉(cāng)的儲(chǔ)存作用，采區(qū)上下山皮帶機(jī)不運(yùn)行的情況下，生產(chǎn)產(chǎn)生的矸石可以首先進(jìn)入煤倉(cāng)、矸倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存，開拓工程施工的可靠性大大增強(qiáng)，基本上每個(gè)煤倉(cāng)或矸倉(cāng)的容積能保證每個(gè)開拓頭面至少一天的正常進(jìn)尺。

在不具備施工矸倉(cāng)的巖巷工作面，采取施工分矸系統(tǒng)的方式作為出矸緩沖，利用軌道巷與帶式輸機(jī)巷的聯(lián)巷作為分矸通道，施工好存矸池，使用側(cè)式礦車，把矸石出矸路線由軌道巷改至皮帶機(jī)巷，提升采區(qū)出矸能力。

二采區(qū)皮帶機(jī)下山形成了高效的出矸系統(tǒng)：迎頭矸石→掘進(jìn)機(jī)→皮帶機(jī)→二采區(qū)煤倉(cāng)→南翼運(yùn)輸大巷皮帶機(jī)→井底矸倉(cāng)。

二采區(qū)皮帶機(jī)下山煤倉(cāng)深度18 m，直徑5 m，容積353 m3，巷道掘進(jìn)斷面20.04 m2，每米矸石量32 m3，煤倉(cāng)可容納11 m 進(jìn)尺的出量，即可以容納全天的進(jìn)尺出矸，可以滿足連續(xù)進(jìn)尺連續(xù)出矸。

3 快速掘進(jìn)與支護(hù)設(shè)備的升級(jí)

3.1 EBZ-318 巖巷掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用

二采區(qū)皮帶機(jī)下山布置在三煤層底板下10～16 m 位置處，根據(jù)二采區(qū)回風(fēng)下山實(shí)揭地質(zhì)資料分析可知：巖性包括有砂巖，硬度系統(tǒng)5～6；砂質(zhì)泥巖，硬度系統(tǒng)4～5；細(xì)粒砂巖，硬度系統(tǒng)7～8。二采區(qū)皮帶機(jī)下山的巖石最大硬度系數(shù)預(yù)計(jì)在8 左右，與EBZ-318 掘進(jìn)機(jī)經(jīng)濟(jì)截割巖石硬度系數(shù)10 相適應(yīng)；二采區(qū)皮帶機(jī)下山設(shè)計(jì)最大施工坡度-13°，與EBZ-318 掘進(jìn)機(jī)爬坡能力±18°相適應(yīng)?；诙蓞^(qū)皮帶機(jī)下山巖石巖性及硬度系數(shù)等參數(shù)，決定換用EBZ-318 掘進(jìn)機(jī)作為掘進(jìn)設(shè)備進(jìn)行施工作業(yè)。

掘進(jìn)時(shí)采用分臺(tái)階方式截割施工，先截割中上部巖石，再截割下部巖石。上臺(tái)階截割高度控制在2.5～3.0 m，每循環(huán)進(jìn)尺按照工作面圍巖條件合理選擇，具體方案如下：迎面墻圍巖硬度分布均勻時(shí)，原則上破巖時(shí)先截割巷道中上部，再截割巷道下部，最后截割巷道四周，修整成巷。截割巷道中上部時(shí)，采用左右循環(huán)向上的截割方法，當(dāng)有部分露頭硬巖時(shí)，應(yīng)截割其周圍部分使其墜落。每次進(jìn)刀深度以400～600 mm 為宜，一個(gè)循環(huán)進(jìn)刀3～5 次，不宜將整個(gè)截割頭鉆進(jìn)巖壁進(jìn)行截割作業(yè)。

迎面墻圍巖硬度分布不均勻，有節(jié)理面或者軟弱夾層時(shí)，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)截割，降低截割時(shí)巖石阻力，進(jìn)刀位置合理選擇在軟弱巖層位置，截割順序按照先上后下的順序進(jìn)行。遇到巖層整體較軟時(shí)，先從上部截割，然后一層一層向下截割。遇到巖層軟硬不均時(shí)，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)截割，可先截割軟層巖石創(chuàng)造自由面，再截割較硬巖石。若頂板較差時(shí)，可從下往上依次截割，頂板較好時(shí)，則自上而下依次截割。

掘進(jìn)工藝流程：交接班→安全檢查→開機(jī)前準(zhǔn)備→掘進(jìn)機(jī)割、裝、運(yùn)（上部）→退機(jī)→敲幫問頂→臨時(shí)支護(hù)→頂部錨網(wǎng)支護(hù)→掘進(jìn)機(jī)割、裝、運(yùn)（下部）→退機(jī)→敲幫問頂→幫部錨網(wǎng)支護(hù)→清理現(xiàn)場(chǎng)→下一循環(huán)。

3.2 CMM2-25 兩臂錨桿鉆車的應(yīng)用

為提高二采區(qū)皮帶機(jī)下山巖巷施工速度，降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度，使用CMM225 型煤礦用液壓錨桿鉆車進(jìn)行幫、頂錨桿（索）支護(hù)和局部探煤鉆孔的施工，支護(hù)作業(yè)時(shí)兩個(gè)鉆臂同時(shí)施工，較傳統(tǒng)的人工支護(hù)方式速度提高1.2 倍。

掘支作業(yè)順序?yàn)椋壕蜻M(jìn)機(jī)在迎頭進(jìn)行作業(yè)時(shí)，鉆車?？吭诰蜻M(jìn)機(jī)后方側(cè)幫處（人行道側(cè)或?qū)偷倪\(yùn)輸機(jī)尾相對(duì)空間較大地段）；掘進(jìn)機(jī)完成一次切割循環(huán)作業(yè)后，錨桿鉆車行至迎頭進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)、錨桿（索）支護(hù)作業(yè)；當(dāng)錨桿鉆車作業(yè)后，退至掘進(jìn)機(jī)后方靠側(cè)幫?？?；進(jìn)行下一循環(huán)切割作業(yè)，如此反復(fù)循環(huán)施工。掘進(jìn)工作面錨桿鉆車布置示意圖如圖1。

圖1 掘進(jìn)工作面錨桿鉆車布置示意圖（mm）

使用CMM2-25 兩臂錨桿鉆車進(jìn)行錨桿、錨索支護(hù)作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，支護(hù)效率明顯提升，與EBZ-318 巖巷掘進(jìn)機(jī)有效配合形成了快速掘支護(hù)系統(tǒng)，巖巷單進(jìn)水平大幅提高。

4 高效便捷的輔動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)

掘進(jìn)工作面原輔助運(yùn)輸采用絞車軌道運(yùn)輸方式，運(yùn)輸效率低，當(dāng)巷道壓力顯現(xiàn)底鼓變形時(shí)，軌道運(yùn)輸會(huì)受到極大影響。為此，推廣應(yīng)用了鋼絲繩牽引單軌吊輔助運(yùn)輸方式，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離連續(xù)運(yùn)輸，系統(tǒng)中有自動(dòng)剎車保護(hù)裝置，可大大提高設(shè)備的安全性能，車輛運(yùn)行的穩(wěn)定性也較傳統(tǒng)方式有較大的提高。

二采區(qū)皮帶機(jī)下山采用DS120/132P 繩牽引單軌吊系統(tǒng)，公稱牽引力90 kN。軌道系統(tǒng)采用1140 V 專用軌道，全部吊掛件上的安全系數(shù)不小于5，根據(jù)應(yīng)用工況選用重軌雙鏈懸掛形式，每根軌道承載可均勻分?jǐn)傊? 根錨鏈、8 根錨桿（索）上，承載能力強(qiáng)。

利用起吊梁承載梁體直接安裝氣動(dòng)環(huán)鏈葫蘆實(shí)現(xiàn)吊點(diǎn)的提升或下降，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備及材料的起吊運(yùn)輸，整個(gè)系統(tǒng)主要由承載座、承載梁、連桿、氣動(dòng)葫蘆（手拉葫蘆）、天平吊梁等組成。重載運(yùn)輸時(shí)采用雙氣動(dòng)起吊梁組合提升，起吊梁承載部共8 只，承載點(diǎn)多，且跨軌長(zhǎng)度長(zhǎng)，錨桿（索）受力較小，安全系數(shù)高。該單軌吊系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離掘進(jìn)工作面的設(shè)備、材料和人員的一體化運(yùn)輸，運(yùn)輸安全性與效率較傳統(tǒng)的輔助運(yùn)輸方式優(yōu)勢(shì)明顯，為安全高效快速掘進(jìn)解決了后顧之憂。

5 效果

虎龍溝煤業(yè)二采區(qū)皮帶機(jī)下山應(yīng)用安全高效快速掘進(jìn)工藝后，實(shí)現(xiàn)了巖巷掘單進(jìn)水平的快速提高，單班最高進(jìn)尺達(dá)到5.6 m，日最高進(jìn)尺突破10 m，月最高進(jìn)尺220 m，人工工效大幅度提升。CMM2-25 兩臂錨桿鉆車的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了錨桿錨索施工作業(yè)的機(jī)械化，支護(hù)速度提高1.2 倍；多層次煤矸分運(yùn)系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用，為安全高效快速掘進(jìn)提供了有力的保障；無極繩牽引單軌輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，輔助運(yùn)輸?shù)陌踩源蠓忍岣摺?/p>