同忻矿复杂条件下工作面顺槽掘进技术探讨

刘振华

我国煤炭储量丰富，埋藏深度的变化致使煤层的赋存条件复杂化[1-4]。随着煤矿综采装备、技术与成套矿用设备设施的迅速革新，煤炭开采强度日益增加，使煤矿井下煤（岩）巷掘进工程任务增加，巷道掘进不仅是矿井煤炭开采的必要条件，更是工作面回采的必要环节[5]。因此，选取同忻矿8201工作面皮带顺槽对巷道掘进的方法与技术进行研究，完善并优化巷道掘进工艺，提出合理安全技术措施，满足巷道掘进工程的高效、清洁以及安全生产的目标[6-9]。

1 巷道掘进基本情况

掘进巷道为同忻矿三盘区山2#煤层8201工作面皮带顺槽，用于8201工作面回采时的通风、运煤、行人、管线吊挂，北西部为8202设计工作面，北东部为山2#层盘区巷，南西为山2#煤层可采边界，南东为8206设计工作面，煤层地面标高：1 327 m～1 410 m，井下标高：888 m～908 m。

表1煤层顶、底板岩性特征

根据勘探钻孔资料及综合柱状图，煤体结构简单煤厚1.99 m～3.98 m，平均 2.71 m，含夹矸1～2层(0.15～0.4)。巷道为石炭系，巷道类别属于半煤岩巷，坡度-2°，瓦斯绝对涌出量0.42 m3/min，煤尘具有爆炸性，煤层有自燃发火的倾向。山2#煤层底板突水系数0.015～0.019 MPa/m，底板带压小于0.06 MPa，属相对安全区。煤层顶、底板岩性特征如表1所示。

2 巷道掘进工艺研究

2.1 施工方法

8201工作面皮带顺槽断面为矩形，使用EBZ-260（H）型掘进机掘进一次成巷，沿煤层底板掘进。

图1钻眼布置、装药结构

在掘进过程中，出现地质构造机组无法截割时，需采用打眼爆破方法进行施工，采用普通钻孔爆破方式，直眼菱形钻孔爆破，钻眼布置、装药结构见图1所示。巷道交叉口处以间距3米布置三架组合锚索，每组三根锚索；调车硐室施工采用掘进机全断面施工法一次成型，开口前打好锁口锚索，水仓施工使用风镐人工起底，探巷硐室施工先用掘进机将硐室轮廓割出，再使用风镐人工施工成型。

2.2 掘进方法流程

8201工作面皮带顺槽掘进方法流程：①交接班安全检查与准备：从巷口至工作面按照从外向里的顺序对巷道的通风、瓦斯、顶、帮、支护、水、煤尘、机电设备、机组以及所有设备、设施进行全面的安全检查；②校对巷道中线推浮煤岩：按照规程设计要求，根据中线划出巷道轮廓线，只有中线的三点都在一条直线上时，方可根据中线截割巷道；③拉滑道伸皮带；④掘进机割煤与运煤：按永久支护间距确定截深为1 000 mm，按巷道断面要求确定切割滚筒左右终止位置保证巷道规格形状，在切割滚筒旋转的情况下，从右下角进刀，按由下而上横向切割，推进速度不宜太大；⑤安全检查、临时支护、永久支护、掘进机割煤进入下一循环。

2.3 支护验算

按组合梁原理验算，根据采矿工程设计手册（2003）表6-1-90，锚杆参数整体计算方法对锚杆长度l的确定：

式中：l—锚杆总长度，mm

l1—锚杆外露长度，l1取100 mm；

l2—锚杆的有效长度，mm；

l3—锚杆的锚固长度，根据实践经验取0.9 m；

顶锚杆的有效长度l2的验算公式，

式中：L—巷道净宽度，mm；

k1—安全系数，掘进机掘进取3；

p—上部均布载荷，mm；

φ—与组合岩层数有关的系数，组合层数取2层，对应φ值取0.75；

σ1—岩层抗拉强度，根据地质资料取1.68 MPa；

σ2—原岩水平应力；

上部均布载荷P=γH

式中：γ—为岩石的容重，砂岩取28 kN/m3；

H—为计算上部均布载荷的岩石厚度，取2.5 m；

原岩水平应力σ2=λγZ

γ—为岩石的容重，砂岩取28 kN/m3；

Z—巷道埋深，取500 m；

固选用φ 22 mm×2 500 mm能满足顶板支护的要求。

2.4 巷道管线布置

在掘进过程中，风筒、水管、电缆等按巷道断面图规定的位置吊挂牢固整齐；风筒吊挂靠右帮，保证平直不漏风，距顶≤300 mm、距帮≥200 mm，风筒出口距工作面迎头≤10 m；4寸静压供水管路、压风管路、排水管的吊挂做到平直、牢固、符合安全质量标准化的各项要求；各类电缆必须吊挂在专用电缆钩上，在巷道内吊挂点的间距≤3 m，相同电压电缆间距≥50 mm，高低压电缆之间间距≥100 mm。

3 巷道掘进安全技术措施

8201工作面皮带顺槽掘进期间，分别在“一通三防”、顶板管理、防治水、机电、运输、其他等方面编制安全技术措施。

3.1 一通三防

（1）通风安全技术措施

8201工作面皮带顺槽采用局部通风机压入式通风，同时安装两台同等能力的局部通风机，采用三专（专用开关、专用电缆、专用变压器）供电，并能自动切换，局部通风机安装地点到回风口巷道中的最低风速不低于0.25 m/s。

（2）防瓦斯安全技术措施

掘进工作面因过断层或局部破碎带，造成体积大于0.5 m3的冒落区，必须设置风障预防瓦斯积聚。专职瓦检员必须每班对该地点进行不少于2次的瓦斯检查，发现超限，及时撤出人员，切断巷内供电电源，并进行处理。掘进工作面回风巷风流中CH4浓度不允许超过1.0%，CO2浓度不允许超过1.5%时。

（3）防尘安全技术措施

防尘管路系统采用管径≥50 mm的钢管。每100 m安装一个三通截门，并设在人行侧，防尘管路距工作面不超过20 m。各装煤转载点需安装喷雾洒水装置，距回风口50 m范围内安装一道固定净化水幕，距工作面30 m内安装两道移动净化水幕，巷道的定期冲洗，要求每周两次，巷内煤尘堆积厚度不得超标(即连续5 m且厚度达到2 mm)，机头机尾设专人清理浮煤。

（4）防灭火安全技术措施

当巷道发生冒顶时，对冒顶区及时采用不燃性材料充填，并用砂浆进行喷浆，对冒顶区进行防火处理，并每天检查一次。皮带头硐室20 m范围内采用不燃性材料支护，巷内浮煤每周定期清理一次，每周全面冲洗巷道两次，皮带头尾浮煤每班必须清理干净。每次切割后，必须对工作面30 m范围内进行一次彻底冲洗。

3.2 顶板管理安全技术措施

巷道内必须配备长度不小于2 m的专用长柄工具用于执行“敲帮问顶”的安全检查制度，严格执行开工前的“四位一体”检查制度，，掘进巷道遇断层、褶皱构造、陷落柱等地质构造时，另编写专项安全技术措施。

3.3 防治水安全技术措施

掘进巷道防治水工作必须严格执行“预测预报、有掘必探、先探后掘”的探放水规定，为防水患，应将4寸排水管接到距探放水地点不超过30 m的位置，端头安装4寸阀门。探访水地点准备1台45 KW水泵热机备用，在打探放水钻孔过程中，发现煤岩松软、片帮、来压或者钻眼中水压、水量突然增大和顶钻等透水征兆时，应当立即停止钻进，但不得拔出钻杆，立即向矿领导汇报。

3.4 机电安全技术措施

在检修掘进机前，必须将掘进机退出工作面5 m以外的安全地点，切割头必须落地。检修时应切断机组电源，认真检查掘进机周围的顶、帮、支护、通风、瓦斯情况，确认安全后方可检修，检修机组必须严格执行停电制度，严禁带电检修。停送电严格执行谁停电、谁送电，严禁其他任何人送电，并挂好“有人工作、禁止送电”的停电牌。

3.5 运输安全技术措施

开机前，检查皮带各部位是否完好，皮带接头是否牢固，是否跑偏，张紧程度是否正常，托辊运转是否灵活。严禁皮带倒转，严禁乘人和拉运设备及物料，机器转动时，不得检修，停机前必须将皮带上的煤拉尽，工作结束后，皮带开关手把必须打到“零位”并闭锁。

3.6 其他安全技术措施

制定职业病危害管理措施，建立安全生产责任制，制定安全管理制度和操作规程，本着“安全第一、预防为主、综合治理”的方针和“以人为本”的科学发展观制定了安全生产标准化标准。

4 巷道掘进技术创新

通过对现有巷道掘进工艺中，存在的一系列问题中总结出满足现场实际需求的方法、技术和装备研发与更新，其中包括：废旧皮带在掘进巷道支护中的应用、锚杆定位尺的制作与应用、清理皮带尾淤泥装置和全角度锚索施工专用支架等，不仅提高了安全系数和工作效率，还直接节约成本100余万元。

5 总结

（1）巷道高效地掘进技术应在现有掘进工艺和装备基础上继续研究开发，以达到更高的安全掘进效果和成本节约。

（2）对支护进行验算后合理确定顶板支护规格，采用合理的掘进工艺，提高掘进、生产效率，在实际生产中取得较好的效果，月进尺达到300 m。

（3）通过对同忻矿8201工作面皮带顺槽掘进工艺的选择与安全措施的制定进行分析，对于保证煤矿安全掘进是非常重要的，提供了一定的技术参考依据。