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)效率相對偏低，單進(jìn)水平不高，影響到礦井采掘接替的平衡。因此，對該煤礦深部巖巷進(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?；炷翉?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 高效矸石儲運(yùn)系統(tǒng)

虎龍溝煤業(yè)采區(qū)軌道巷比較長，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”的高效矸石儲運(yùn)系統(tǒng)。

（1）采區(qū)施工煤、矸倉實(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都有一個立體空間交岔位置，為實(shí)現(xiàn)采區(qū)的煤矸分裝分運(yùn)創(chuàng)造條件。將矸倉設(shè)計及施工在采區(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，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，提高了運(yùn)輸效率。

（2）巖巷工程施工矸倉、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及矸倉，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的矸石直接進(jìn)入矸倉，后隨采區(qū)的分矸時間沿上下山皮帶機(jī)進(jìn)入采區(qū)上部矸倉，最后在大巷或石門車場內(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，由于煤倉及矸倉的儲存作用，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、矸倉內(nèi)進(jìn)行儲存，開拓工程施工的可靠性大大增強(qiáng)，基本上每個煤倉或矸倉的容積能保證每個開拓頭面至少一天的正常進(jìn)尺。

在不具備施工矸倉的巖巷工作面，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→南翼運(yùn)輸大巷皮帶機(jī)→井底矸倉。

二采區(qū)皮帶機(jī)下山煤倉深度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

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)時采用分臺階方式截割施工，先截割中上部巖石，再截割下部巖石。上臺階截割高度控制在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，原則上破巖時先截割巷道中上部，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，采用左右循環(huán)向上的截割方法，當(dāng)有部分露頭硬巖時，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，一個循環(huán)進(jìn)刀3～5 次，不宜將整個截割頭鉆進(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，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)截割，降低截割時巖石阻力，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，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，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，可從下往上依次截割，頂板較好時，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→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)時兩個鉆臂同時施工，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，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，軌道運(yùn)輸會受到極大影響。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)長距離連續(xù)運(yùn)輸，系統(tǒng)中有自動剎車保護(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)對設(shè)備及材料的起吊運(yùn)輸，整個系統(tǒng)主要由承載座、承載梁、連桿、氣動葫蘆（手拉葫蘆）、天平吊梁等組成。重載運(yùn)輸時采用雙氣動起吊梁組合提升，起吊梁承載部共8 只，承載點(diǎn)多，且跨軌長度長，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，輔助運(yùn)輸?shù)陌踩源蠓忍岣摺?/p>