复杂困难条件下小断面巷道快速掘进技术研究与实践

李新杰+++吴正海+++林伟

摘 要：通过对在小断面（2.4m工字钢梁）巷道内使用皮带出煤矸、进料的研究和总结，提出了小断面巷道内使用皮带机出货一体化快速掘进技术，即在2.4m宽的巷道内直接使用耙矸机及皮带机联合出货，不铺设轨道，直接使用底皮带进料，降低了斜巷运输的安全隐患。采用此工艺施工，很好的满足了生产需要，加快了施工进度，取得良好的经济效益。此施工方案的成功，为在小断面巷道内使用耙矸机及皮带机联合出煤矸提供了实践经验，为快速掘进提供了新的方法。

关键词：小断面；联合出货；皮带机

1 概述

随着百善煤矿井下资源的不断枯竭，煤炭开采多为边角块段、三角带及保护煤柱等，面临着面多储量小且推进速度快，工作面接替紧张等问题；而掘进则多为沿老空、沿断层及风氧化带施工，条件差，压力大，掘进速度慢。

为了提高掘进进度，缓解工作面接替的紧张形势，我区以打造快速掘进队为切入点，强化掘进管理、优化生产组织、提高掘进速度，为在小断面巷道内快速掘进及安全生产积累了宝贵经验。

2 小断面巷道快速掘进实践[1-2]

2.1 工程概况

6533煤柱風巷位于65采区西北部，右侧紧临6533采空区，走向长525m，倾斜宽18～94m。该巷道煤厚2.1～3.4m，平均煤厚2.9m，倾角3°～11°，平均倾角6°，受采动影响，顶帮压力较明显。

2.2 巷道支护断面优化

根据要求，把原设计3.2m支护断面改成2.4m支护断面，不铺设轨道，用皮带机顶皮带出煤矸，用底皮带运料，优化支护设计，提高施工进度。把3.2m支护断面（如图1）改为2.4m支护形式（如图2），减少打眼数量，减少出货量及出货时间，（一个循环进度按2.8m计算，巷道长度为525m）。

（1）减少出货量：3.2m断面出货量T=（3.2+3.86）×1.95÷2×2.8×

1.42=21.15t

2.4m断面出货量T=（2.4+3.05）×1.95÷2×2.8×1.42=27.37t

（2）减少出货时间：3.2m断面出货时间t=72min=1.2h（实测）

2.4m断面出货时间t=50min=0.8h（实测）

出货所节省的时间T=（525÷1.6）×（1.2-0.8）=132h≈6天

2.3 爆破参数优化

采用微差控制爆破技术，优化爆破参数，提高工作效率。按照作业规程的设计要求，2.4×2.4×2.4m断面共布置19个炮眼（如图3），而3.2×2.4×2.4m断面共布置25个炮眼（如图4），使用煤矿许用二级水胶炸药，按正向装药布置，每个炮眼深度为1.6m，根据实测平均打一个炮眼需要3min计算，每一茬炮节约时间40min，总共节约时间约10天。

2.4 出货方式优化创新

出货方式是决定掘进速度的关键，通过优化改进出货方式，实现复杂条件下掘进速度的大幅提高。

（1）原来施工大断面（3.2m梁），每2天向前延1次皮带机尾（12m），每天施工6m，现在小断面（2.4m梁），每2个圆班拉1次机尾（18m），每天施工9m；每天小断面比大断面多施工3m，共缩短工期约30天。

（2）原来用的80皮带机底托辊是直托辊，无法满足运料要求，为了不铺设轨道，并用底皮带运料，特把底托辊也改用铰接托辊，这样就解决了用底带运料的问题，并少安装5部绞车，即减少了设备的安装，又减少了斜巷运输的安全威胁，为斜巷运输的安全提供了保障。

（3）按巷道设计总长为

525m，如按正常方案施工，需铺设1050m轨道，由于采用皮带机上皮带出煤矸，用底皮带进料，施工期间就不需在巷道内铺设轨道，取得了显著的经济效益，也减少了斜巷运输的安全威胁，有利于安全生产。

（4）以前皮带机和链板机是直接搭接，即皮带上的煤直接吐到链板机上运走。而现在为了直接用皮带机出矸，就改变了传统的搭接方式，皮带机和链板机不直接搭接，中间预留1m空间铺设轨道，并把机头抬高，使滚筒的吐货点距轨道的高度大于1.2m（吐货点高于矿车上沿）。出煤时用溜槽连接皮带机和链板机出货（如图5）；而出矸时，就把溜槽去掉，把矿车直接皮带机头前方，矸石直接由皮带吐到矿车内运出（如图6）。

2.5 改变延伸皮带机尾的方法

原来三机联合作业时，采用的是回柱绞车与皮带机尾分开的方式，即先把绞车的钩头固定在己加固好的棚梁上，在绞车的带动下机尾不断向前延伸，这样初期会导致皮带机尾钻底板而增加其摩擦力，后期会导致前方的绞车慢慢向上翅起，最后就会悬在空中从而减少其稳定性，不利于拉机尾的安全。

而现在是直接把绞车固定在皮带机机尾架上，解决了皮带机尾钻底、绞车悬空的问题，增加了拉机尾时皮带机和绞车的稳定性，大大缩短了延伸皮带机尾的时间，更保障了拉机尾时的安全。

2.6 过程控制措施

使用皮带机出煤矸、进料的方法用的比较少，经验不成熟，为了达到出煤矸和进料的安全，使出煤矸及进料的过程得到有效控制，采取如下措施：

（1）铺设链板机的巷道施工大断面（3.2m梁）。大断面即可以铺设链板机，也可在皮带机头处预留出矸的空间，这样就可有效的控制出煤和出矸，实现煤矸分装分运。

（2）抬高机头。铺设皮带机时，把机头抬高，高度不低于1.4m，这样就可以把矸石直接由皮带吐到矿车内外运。

（3）皮带机头段施工10m大断面（3.2m梁）。在皮带机头段需装料，如机头段施工小断面，安全空间比较小，不利于正常装料，所以在施工机巷时提前撑宽大断面，为安全装料创造有利条件。

（4）在皮带机尾安设急停装置及挡料装置。在皮带机尾安设急停装置，保证了当料由皮带机头转运到机尾或出现其他误操作时能及时停止皮带运转，保证了皮带出煤矸及进料的安全。在皮带机尾加装一道挡料装置，可以有效防止因误操作或尖锐工具未卸掉进入皮带机尾而撕裂皮带，保证装卸料的安全。

3 效果分析

经试运转出煤矸及运料效果良好，不仅提高了经济效益，更加快了掘进施工进度。月进尺达270余米，超额完成了进尺计划，保证了工作面的正常接替。

（1）小断面出煤量小，用皮带出货的效率较高，充分发挥了机械化作业效能，提高了施工进度，保证了矿的生产接替。

（2）用底皮带进料，避免了斜巷打车环节，减少了事故点，有利于斜巷运输的安全。

（3）实现皮带机直接出矸，杜绝了矸子进入系统，大大提高了煤质和经济效益，解决了皮带机无法直接出矸石的难题。

（4）把绞车直接固定在皮带机尾，改变了以前拉机尾的方法，有效的缩短了拉机尾所用时间。

参考文献

[1]徐永圻.煤矿开采学[M].徐州：中国矿业大学出版社，1999.

[2]林伟，吴正海.百善煤矿残留煤柱安全高效回收技术研究与实践[J].能源技术与管理，2014，39（1）：82-83.