连续掘进机大断面开切眼快速掘进技术

刘荣

摘    要：随着社会的不断发展，我国煤矿生产逐渐向机械化、自动化和智能化方向的发展，一批技术含量高、可连续高效作业的工作面煤炭采收设备得以广泛应用，工作面煤炭生产效率因此逐年提升。

关键词：连续掘进机;大断面开切眼;快速掘进技术

1  引言

众所周知，在以往的大断面巷道掘进工作中，其关键性工序可分为打眼作业、出矸作业以及支护作业，这三个工序几乎同时进行，但在实际生产中，由于人员、空间及时间条件的影响，这三者之间已发展成为一种互相制约与互相联系的关系。当前人员、时间以及空间条件这些影响因素间的不协调，已经严重制约了矿井巷道的掘进速度，对此，必须学会科学、合理地调配这三者的关系，从矿井实际情况出发，重视引进综合一体化掘进技术，采用现代化的综合机械化掘进方式来进行掘进作业，以显著提高巷道掘进速度。

2  综合机械化掘进及支护工序

2.1  掘进机的选择

在选择掘进机时，首先，应从矿井的实际地质情况出发，并充分结合巷道断面设计情况、施工要求等将所需掘进机的外形情况、结构情況以及重量大小等参数都大致确定出来;其次，应基于煤岩硬度大小、粘结性大小以及节理构造情况来重点选择掘进机截割头的结构与功率大小。选好掘进机后，在后期日常生产作业中，为使其效能得到充分发挥，还应以矿井实际情况为基础进行必要的调整改进。

2.2  锚杆钻机的选择

当前一些矿井在进行锚杆施工作业时，仍采用传统的单体锚杆钻机来进行施工，这种钻机在钻完孔后还需借助人工来装设锚杆。特别是对顶板状况相对较差的巷道，采用这种钻机作业会严重拖延巷道掘进循环进尺速度，很难让巷道实现快速掘进。对此，煤矿使用凿岩台车以及液压凿岩机等进行巷道掘进作业，这类机械不仅功率大，生产效率高，而且产生的噪音小，实际污染也相对较小，加大了液压凿岩机等先进设备的应用，大幅提升了矿井巷道掘进速度。

2.3  支护工序安排

掘进施工中，支护工序约占总时间的40%～50%，因此通过合理安排掘进、支护和其它工序的交叉时间，可显著提高作业效率。若采用边掘进边支护的工艺方式，则在锚杆安装时，掘进机需停机，由此降低了掘进机的开机率，掘进和支护工序分离。实际上，对于大多数顶板条件，可采用弱化支护，即巷道开挖后只对容易失稳的顶板和两顶角进行锚杆临时支护，然后在滞后于迎头10m～20m的范围内进行永久支护，由此可避免掘进机的长时间停机，同时又保证了支护时间和质量，实现掘进与支护平行作业。另外，还可在临时支护期间，安排进行设备维修、电力施工、耗材运输等工作，实现多工序交叉作业。

3  切眼支护方式

我矿工作面开切眼巷道断面为矩形，巷道全长260m;巷道掘进高度为3.7m，掘进宽度为7.9m，端头支架硐室和采煤机安装硐室掘进宽度为9.9m，掘进高度均为3.7m。根据巷道围岩性质、以往巷道支护参数及相邻巷道的矿压观测资料，采用工程类比法确定工作面切眼采用锚杆+锚索+U型钢架棚方式联合支护，帮部打锚杆，其中顶部锚杆采用Φ22×2400mm全螺纹钢锚杆，间排距为800×800mm，每排9根，端头支架硐室和煤机安装硐室每排11根，铁托盘规格为150×150×10mm碟形托盘，每根锚杆采用三支CK2360型树脂药卷锚固，锚杆扭矩不小于120N·m，抗拔力不小于60kN;网孔规格为100×100mm;锚索采用Φ21.8×7000mm预应力钢绞线锚索，间排距为800×800mm，每排8根，锚索托盘为240×240×14mm的钢板加工而成，每根锚索采用5支CK2360型树脂药卷锚固，锚索设计锚固力不小于240kN，预紧力为120kn～140kN。由于切眼断面较大，为确保施工安全，设计在切眼中和采煤机安装硐室、端头支架硐室口各打一排单体液压支柱加强支护，考虑后期工作面安装需要，开切眼中单体液压支柱距正帮距离为3.3m，排距为1.0m;每根单体液压支柱必须穿靴戴帽并挂防倒绳，以防单体液压支柱倾倒伤人;单体支柱初撑力不得小于90kN。

4  施工方案及掘进工艺

（1）施工方案。由于工作面开切眼巷道断面较大，EBZ-120型掘进机截割头宽度为3.3m，无法一次截割至设计断面，为实现安全、快速掘进的目的，根据巷道的煤岩特性、地质及施工条件，考虑到工作面开切眼的施工工期要求，决定采用交替掘进、掘支平行作业、一次成巷的施工工艺，掘进时先使用掘进机进行切槽3.3m，然后采垛1.7m，先掘进5.0m宽断面7.9m后，进行永久支护，当5.0m宽断面掘进超过20m后，开始刷帮，刷帮宽度为2.9m，然后交替进行作业，刷帮完毕后架棚支护及时跟进工作面，锚杆机进行刷帮侧永久支护，同时掘进机移到5.0m宽断面继续向前掘进，实现巷道掘进与支护平行作业，降低支护作业影响时间，达到快速掘进的目的。（2）掘进工艺。采用掘进机进行截割，使用刮板运输机和顺槽胶带机共同完成煤炭运输。近年来，随着煤矿矿井开采规模的不断扩大，巷道断面面积也越来越大，煤矿巷道掘进作业面对的地质构造也越来越复杂，要想获得更稳定的巷道结构，就对巷道掘进截割工艺提出了更高要求。在实际生产中，人们可参照下列截割工艺来进行巷道掘进作业。①若待掘进巷道围岩相对稳定、结构相对完整、围岩节理发育也不是很充分的情况下，巷道掘进作业，可从中心进刀，再逐步刷周围的帮，采用该种截割方式来掘进巷道，更利于巷道断面的成形，可获得质量更好的巷道断面形状，且落煤也相对较均匀，同时也不会对周边围岩产生较大影响，特别适合于大尺寸巷道断面掘进作业。②对于顶板裂隙较多、稳定性相对较差、需在掘进作业后及时进行支护的巷道，可采用如下截割方式进行掘进，即分两次来实施截割作业，第一次可截割1/3宽度的巷道，第二次再把余下的2/3的巷道截割完，第一次与第二次截割都应由下至上按蛇形截割方式进行截割。采用蛇形截割方式进行截割可有效缩短巷道顶板悬空时长，改善支护质量，有助于提高巷道掘进速度。③若待掘进巷道具有较大的地应力，且两帮较软，易出现片帮现象时，可选用的截割方式为：其主要是分两次来使巷道成形，首先截割巷道中部，然后再逐步刷巷道两帮，这样可有效缩短帮部裸露时间，确保围岩的稳定性，并进一步提高巷道两帮的实际支护质量。（3）掘进循环进尺。巷道正常掘进时，若顶板完好无裂隙，循环进尺为1m，最大空顶距为1.2m;若顶板有裂隙但不破碎时，循环进尺为0.8m，最大空顶距为1m;当掘进遇地质构造或顶板破碎，极易冒落时，短掘短支，掘进0.5m支护0.5m。

5  结束语

大断面巷道在掘进期间采用一次成巷掘进施工工艺时，顶板暴露面积大，受围岩应力重新分布及上覆岩层自身重力影响，悬顶处压力出现集中现象，顶板承载能力小于外力作用时出现破碎、下沉、深部岩层断裂、离层等现象，从而加大了顶板支护难度，降低了支护效果。所以大断面巷道掘进时，必须合理控制巷道掘进断面，保证巷道掘进后顶板具有一定承载能力，且支护后能够形成耦合支护体，从而有效保证了巷道掘进效率及施工安全。

参考文献：

[1] 徐建斌.一侧临空巷道掘进矿压显现规律及顶板控制[J].山西煤炭，2015（1）：27～30.

[2] 黄金矿，孙志卓，刘欣.半煤岩巷道快速掘进的影响因素及改进措施[J].内蒙古煤炭经济，2015（4）：84+89.