土城礦大傾角負(fù)坡綜掘技術(shù)研究與應(yīng)用

陳宇滿

（貴州盤江精煤股份有限公司土城礦，貴州 六盤水 553537）

伴隨著綜采的發(fā)展，綜合機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。綜掘技術(shù)與裝備的快速發(fā)展，又推動(dòng)了綜采技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。巷道掘進(jìn)的起始階段主要以鉆爆工藝施工為主，后來(lái)逐漸形成了以掘進(jìn)機(jī)為主的綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和礦山安全生產(chǎn)實(shí)際，針對(duì)一些聯(lián)絡(luò)巷、回風(fēng)繞道、切眼和一些上下山巷道等大傾角巷道，大部分巷道還停留在鉆爆施工和間斷出渣的低速度、低工效、高成本狀態(tài)，再繼續(xù)采用鉆爆工藝施工將大大影響掘進(jìn)效率，在煤礦安全生產(chǎn)水平大幅度提高的今天，鉆爆工藝施工已經(jīng)無(wú)法滿足安全生產(chǎn)的要求。因此，研究大傾角負(fù)坡掘進(jìn)技術(shù)能夠促進(jìn)礦井安全生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展，使之適應(yīng)煤礦生產(chǎn)發(fā)展要求，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，降低安全投入成本，達(dá)到在適合的環(huán)境下最安全、高進(jìn)尺、高質(zhì)量、低成本施工。

1 背景

土城礦位于貴州省盤州市柏果鎮(zhèn)，屬盤江精煤股份有限公司所轄。主要可采集局部可采煤層為1、3、5、6、9、12、13、15、16、17、18號(hào)煤層，煤層傾角為12°～25°，煤層總厚度25.5 m，含煤系數(shù)8.8%。礦井采用平硐+斜井綜合開(kāi)拓，單水平上下山分區(qū)式開(kāi)采。

采面走向布置在500～1 300 m，每個(gè)采面回采巷道施工須投入2～3個(gè)掘進(jìn)隊(duì)組施工，每個(gè)采面布置均須設(shè)置兩條回風(fēng)繞道和一個(gè)切眼，而回風(fēng)繞道和切眼掘進(jìn)均采用鉆爆工藝施工的方式掘進(jìn)，掘進(jìn)效率低下，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，掘進(jìn)成本高，且形成通風(fēng)系統(tǒng)緩慢，對(duì)大系統(tǒng)影響較大，不利于安全管理。

圖1 150314采面巷道布置示意圖

土城礦現(xiàn)有的煤巷掘進(jìn)綜掘機(jī)主要以EBZ-160型綜掘機(jī)為主，該綜掘機(jī)整機(jī)尺寸：長(zhǎng)×寬×高=9.2 m×2.9 m×1.8 m；功率：截割部160/100 kW，油泵電機(jī)90 kW，轉(zhuǎn)載皮帶15 kW；臥底深度：300 mm；可截割/經(jīng)濟(jì)截割巖石單向抗壓強(qiáng)度80/60 MPa；適應(yīng)巷道坡度±18°。

土城礦煤層傾角為12°～25°，其中21采區(qū)19°～21°，13采區(qū)12°～18°，14采區(qū)20°～24°，15采區(qū)及15延深22°～25°。根據(jù)EBZ-160型綜掘機(jī)適應(yīng)巷道坡度為±18°，則符合要求的采區(qū)只有13采區(qū)。

針對(duì)上述存在問(wèn)題，有必要開(kāi)展土城礦大傾角負(fù)坡綜掘技術(shù)研究，采用大傾角綜掘機(jī)掘進(jìn)技術(shù)，對(duì)一些聯(lián)絡(luò)巷、回風(fēng)繞道、切眼和一些上下山巷道等大傾角巷道采用綜掘機(jī)掘進(jìn)，從技術(shù)和管理的層面提高掘進(jìn)效率，減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低掘進(jìn)成本，快速形成通風(fēng)系統(tǒng)，保障礦井安全生產(chǎn)。

2 大傾角負(fù)坡綜掘技術(shù)分析

以土城礦150314采面工作面巷道工程為例，150314回風(fēng)巷及回風(fēng)繞道1 550 m已掘進(jìn)到位，150314底抽巷及切眼底抽巷已掘進(jìn)到位（控制運(yùn)輸巷及切眼穿層鉆孔已提前施工到位），150314運(yùn)輸巷及回風(fēng)繞道1 568 m未掘，150314切眼159 m未掘，150314回風(fēng)巷先運(yùn)輸巷掘進(jìn)到位，為保證采面提前貫通形成系統(tǒng)，擬對(duì)切眼進(jìn)行反掘，利用兩個(gè)掘進(jìn)隊(duì)組對(duì)巷道進(jìn)行施工，考慮采掘接替和掘進(jìn)效率，礦研究決定對(duì)切眼反掘采用EBZ-160型綜掘機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)。

2.1 工作面基本情況（含瓦斯治理情況、地質(zhì)條件等）

150314切眼反掘工作面，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為159 m，煤層傾角-23°～-25°，平均煤層傾角-24°，煤厚2.6 m。

鄰近煤層及采掘情況，本工作面沿3號(hào)煤層掘進(jìn)，上覆1號(hào)煤層，未采，煤厚0.6 m，與3號(hào)煤層法向距離15 m；下伏5號(hào)煤層，未采，煤厚2.4 m，與3號(hào)煤層法向距離14.8 m。

工作面瓦斯治理情況，本工作面回風(fēng)巷采用沿空留巷，沿150312運(yùn)輸巷小煤柱掘進(jìn)，留2.5 m小煤柱掘進(jìn)，工作面每推進(jìn)50 m至少進(jìn)行2次區(qū)域驗(yàn)證（在地質(zhì)復(fù)雜區(qū)域每推進(jìn)30 m至少進(jìn)行2次區(qū)域驗(yàn)證）；運(yùn)輸巷及切眼采用施工底板抽放巷，通過(guò)底板抽放巷施工穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯作為治理方案，掘進(jìn)過(guò)程中做好連續(xù)區(qū)域驗(yàn)證，同時(shí)在構(gòu)造破壞帶、應(yīng)力集中區(qū)域必須連續(xù)進(jìn)行區(qū)域驗(yàn)證；掘進(jìn)工作面在區(qū)域驗(yàn)證無(wú)突出危險(xiǎn)后，再在工作面施工1個(gè)超前距為15 m的超前鉆孔，探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造和觀察突出預(yù)兆，預(yù)留10 m超前距，方可掘進(jìn)，每次驗(yàn)證保留3 m超前距；當(dāng)區(qū)域驗(yàn)證為無(wú)突出危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取安全防護(hù)措施后進(jìn)行采掘作業(yè)，但若為采掘工作面首次進(jìn)行區(qū)域驗(yàn)證時(shí)，采掘前應(yīng)當(dāng)保留足夠的突出預(yù)測(cè)超前距，只要有一次區(qū)域驗(yàn)證為有突出危險(xiǎn)性，則該區(qū)域以后的采掘作業(yè)前必須采取區(qū)域或者局部綜合防突措施。

工作面地質(zhì)條件，根據(jù)上區(qū)段15312運(yùn)輸巷實(shí)見(jiàn)斷層分析，預(yù)計(jì)本工作面將會(huì)遇到1條落差為1.5 m的逆斷層，對(duì)工作面頂板管理和瓦斯管理有一定的影響，掘進(jìn)期間須做好先探后掘工作（加強(qiáng)對(duì)煤層的探測(cè)）及過(guò)斷層期間頂板管理和瓦斯管理工作；根據(jù)勘探地質(zhì)資料和3號(hào)煤層回采資料可知，本工作面無(wú)影響掘進(jìn)的褶皺、陷落柱、巖漿侵入體等其他構(gòu)造；本工作面直接頂為淺灰色細(xì)砂巖，層厚3.8～4 m，硬度f(wàn)=4.1，老頂為淺灰色粉砂巖，層厚5.1 m，硬度f(wàn)=3.5，直接底為厚1.4 m的灰色泥質(zhì)粉砂巖，巖體松軟、節(jié)理不發(fā)育，含植物化石，硬度f(wàn)=3.1～5；本工作面上覆、下伏無(wú)采空區(qū)，掘進(jìn)范圍無(wú)小窯開(kāi)采，地表為山坡地形為主，溝谷較多，無(wú)常年河流，水主要來(lái)源于大氣降水，大氣降水主要順裂隙滲入工作面，預(yù)計(jì)涌水量3～5 m3/h。

2.2 礦成立150314切眼反掘掘進(jìn)工作管理小組

礦成立以采煤礦長(zhǎng)為組長(zhǎng)、采掘副總為副組長(zhǎng)的工作管理小組，采區(qū)成立以掘進(jìn)副區(qū)長(zhǎng)為現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人，掘進(jìn)工作經(jīng)驗(yàn)豐富的掘一隊(duì)作為施工隊(duì)伍，對(duì)150314切眼反掘掘進(jìn)規(guī)程、措施審批以及現(xiàn)場(chǎng)施工等各環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)管控，對(duì)出現(xiàn)和存在隱患及問(wèn)題及時(shí)跟蹤解決，確保150314切眼反掘工作面安全順利掘進(jìn)。

（1）解決人的因素。首先，對(duì)管理人員和施工人員素質(zhì)進(jìn)行培訓(xùn)。選擇合適的基層管理人員，要求具有較高的技術(shù)水平、組織能力、管理能力、培訓(xùn)能力，組織其參與掘進(jìn)作業(yè)規(guī)程和相關(guān)措施以及相關(guān)規(guī)章制度編制、貫徹學(xué)習(xí)，使其既幫助完善作業(yè)規(guī)程和相關(guān)措施以及相關(guān)規(guī)章制度，又熟練掌握施工過(guò)程中各關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從而杜絕生產(chǎn)工藝不合理、不完善等帶來(lái)的安全生產(chǎn)隱患，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行管理的過(guò)程中隨時(shí)對(duì)作業(yè)規(guī)程和相關(guān)措施以及相關(guān)規(guī)章制度進(jìn)行修訂，徹底完善作業(yè)規(guī)程和相關(guān)措施以及相關(guān)規(guī)章制度；選擇合適的施工隊(duì)伍，要求有基本的受教育程度、技術(shù)熟練程度，并在掘進(jìn)施工工藝方面有一定的安全教育程度，有一定的安全生產(chǎn)積極性，同時(shí)配齊各工種、分工明確，組織全體施工隊(duì)伍對(duì)作業(yè)規(guī)程和相關(guān)措施以及相關(guān)規(guī)章制度進(jìn)行學(xué)習(xí)，使每個(gè)人均掌握自己所在崗位的每一道工序及要求，培訓(xùn)各工種分工明確、密切配合的團(tuán)隊(duì)精神，隊(duì)伍中盡量培養(yǎng)部分“多面手”（熟練掌握各工種施工工序的技能型人才）。

其次，施工組織形式。建立健全以崗位責(zé)任制為中心的各項(xiàng)管理制度；完善單軌吊等輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度；科學(xué)地施工組織，編制合理高效的循環(huán)圖表、優(yōu)化勞動(dòng)組織，合理選擇施工作業(yè)方式和循環(huán)方式，在保證安全的前提下多工序平行作業(yè)；改善施工工藝，改善施工環(huán)境，確保安全生產(chǎn)。現(xiàn)場(chǎng)管理過(guò)程中，通過(guò)基本管理制度、合理的施工方法和科學(xué)的施工組織，確保作業(yè)規(guī)程和相關(guān)措施以及相關(guān)規(guī)章制度落實(shí)到實(shí)處，保證巷道安全、快速、有序掘進(jìn)。

（2）解決機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)技術(shù)因素。首先，每班對(duì)施工的機(jī)械設(shè)備（綜掘機(jī)、錨桿機(jī)、風(fēng)煤鉆、膠帶輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)及開(kāi)關(guān)等設(shè)備）進(jìn)行檢修，給操作司機(jī)留夠足夠的檢修時(shí)間，確保在施工過(guò)程中機(jī)械設(shè)備不出問(wèn)題。其次，保證現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)使用綜掘機(jī)割煤的過(guò)程中必須確保巷道成形，鋼筋網(wǎng)必須排列整齊、搭接符合標(biāo)準(zhǔn)，錨桿、錨索必須按作業(yè)規(guī)程要求嚴(yán)格安裝，錨固劑使用合理，減少工程質(zhì)量差等問(wèn)題而重復(fù)施工影響安全快速掘進(jìn)。

（3）解決施工地點(diǎn)的環(huán)境因素。首先，解決人的因素。著重解決人的隨意性，解決堆放材料和雜物時(shí)的隨意性，按要求碼放材料和雜物；解決設(shè)備安設(shè)的隨意性，保證設(shè)備安設(shè)合理，方便設(shè)備使用和遷移；解決施工操作的隨性，不違章操作；安排合理時(shí)間，保持施工人員良好的施工狀態(tài)。其次，解決現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素。根絕現(xiàn)場(chǎng)礦壓情況，尤其在過(guò)斷層期間，隨時(shí)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，確保巷道支護(hù)滿足要求；施工好積水坑抽水，確保負(fù)坡掘進(jìn)巷道不積水；使用好綜掘機(jī)內(nèi)外噴霧和轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧，治好粉塵，確保空氣質(zhì)量和空氣可見(jiàn)度，減少安全隱患；搞好巷道文明生產(chǎn)，減少巷道淤泥積水，確保巷道安全、有序生產(chǎn)。

2.3 掘進(jìn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制

150314切眼反掘工作面-24°掘進(jìn)，掘進(jìn)傾角遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于綜掘機(jī)適應(yīng)坡度，掘進(jìn)過(guò)程中必須嚴(yán)格管控治水、割煤及退綜掘機(jī)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，確保巷道安全、快速掘進(jìn)。

（1）巷道治水：由于工作面負(fù)坡掘進(jìn)，巷道裂隙水和生產(chǎn)用水會(huì)積存到工作面迎頭，所以工作面安設(shè)一臺(tái)2.2 kW潛水泵作工作水泵，備設(shè)一臺(tái)5.5 kW潛水泵做備用，安設(shè)4吋排水管；同時(shí)在綜掘機(jī)后方和切眼上口挖設(shè)截水坑，在工作面迎頭安設(shè)風(fēng)泵將積水引進(jìn)截水坑抽走。

（2）綜掘機(jī)割煤：由于巷道負(fù)坡掘進(jìn)且掘進(jìn)傾角遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于綜掘機(jī)適應(yīng)坡度，故掘進(jìn)過(guò)程中的截割工藝不一樣，每循環(huán)割煤須先掃底將底板往下臥0.6～0.8 m深，再由巷道下部開(kāi)始截割，依次截割掃完整個(gè)斷面；由于每循環(huán)進(jìn)度為2.7 m，而綜掘機(jī)刨頭截割深度為0.8 m，因此，每循環(huán)進(jìn)尺須割煤四個(gè)小循環(huán)，割煤期間須做好站崗撤人工作，在割煤結(jié)束前嚴(yán)禁人員進(jìn)入工作面，確保割煤安全。

圖2 150314掘進(jìn)巷道施工工藝示意圖

（3）退綜掘機(jī)：由于巷道傾角過(guò)大，每循環(huán)割煤后導(dǎo)致巷道高度達(dá)不到設(shè)計(jì)高度，因此在每循環(huán)支護(hù)結(jié)束后須對(duì)巷道進(jìn)行掃底；采用人工鋪設(shè)2 m長(zhǎng)的工字鋼或道木，間距為1 m，確保退綜掘機(jī)過(guò)程中綜掘機(jī)不下溜、不下滑，然后掃底達(dá)到工作面迎頭，使巷道高度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。退綜掘機(jī)過(guò)程中必須由班隊(duì)長(zhǎng)及以上管理人員專人指揮，確保鋪設(shè)工字鋼或道木期間人員安全，動(dòng)綜掘機(jī)過(guò)程中必須撤好人員。

（4）防塵：綜掘機(jī)使用好內(nèi)外噴霧，同時(shí)在后方配全斷面噴幕防塵，各轉(zhuǎn)載點(diǎn)使用好噴霧裝置。

3 工作面掘進(jìn)效果分析

通過(guò)150314切眼反掘工作面掘進(jìn)，巷道由原來(lái)的炮掘每班進(jìn)尺1.5 m變?yōu)槊堪噙M(jìn)尺2.7 m，同樣一支掘進(jìn)隊(duì)伍，使巷道至少提前15 d施工到位；同時(shí)礦根據(jù)150314切眼反掘工作面大傾角負(fù)坡掘進(jìn)實(shí)際演練，在現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)的基礎(chǔ)上，從技術(shù)和管理的層面上總結(jié)出一套完整的大傾角負(fù)坡綜掘掘進(jìn)技術(shù)體系，培養(yǎng)一部分管理人才和一支適應(yīng)大傾角負(fù)坡綜掘的掘進(jìn)隊(duì)伍，為今后大傾角巷道負(fù)坡綜掘掘進(jìn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

提出的巷道掘進(jìn)技術(shù)，將為大傾角巷道掘進(jìn)開(kāi)創(chuàng)有效、經(jīng)濟(jì)、快速的掘進(jìn)方法，提高掘進(jìn)效率，減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低掘進(jìn)成本，快速形成通風(fēng)系統(tǒng)，達(dá)到安全高效生產(chǎn)。該技術(shù)在土城礦150314切眼反掘工作面掘進(jìn)過(guò)程中取得了顯著的成績(jī)，得到如下結(jié)論：

（1）從作業(yè)規(guī)程和措施上出發(fā)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化負(fù)坡掘進(jìn)施工工藝、優(yōu)化施工流程，使其滿足現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)的要求。

（2）從管理上出發(fā)，加強(qiáng)管理人員和施工隊(duì)伍人員素質(zhì)培訓(xùn)，培養(yǎng)分工明確、密切配合的團(tuán)隊(duì)精神，提高優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)施工組織、優(yōu)化管理關(guān)鍵環(huán)節(jié)，嚴(yán)格控制現(xiàn)場(chǎng)施工工藝和施工流程，確保大傾角負(fù)坡綜掘技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)落實(shí)兌現(xiàn)。

（3）巷道掘進(jìn)速度提高到原來(lái)的1.8倍，大大提高了巷道掘進(jìn)效率。