連采機在青龍寺煤礦半煤巖巷掘進中的應用

劉磐　周榮章

摘 要：以榆林神華能源公司青龍寺煤礦首采工作面5-20101、5-20102回風巷為研究對象，采用取樣分析及井下現場試驗的方法，介紹了施工過程中存在困難及解決過程。對掘進過程中頂幫穩定性的控制、安全性、掘進效率進行對比分析，為應用連續采煤機掘進半煤巖巷提供一定的參考意義。

關鍵詞：連續采煤機；掘進工藝；半煤巖巷；頂板穩定；安全；效率

1 現狀

青龍寺煤礦分公司隸屬于榆林神華能源有限責任公司，是神華集團的重點礦井之一。井田位于陜西省榆林市府谷縣境內。井田面積為50.36km2，礦井設計生產能力為300萬噸/年，礦井服務年限為60.1年。主水平巷道布置在5-2煤中，目前礦建三期工程正在進行5-20101首采工作面順槽的掘進，分別由2支綜掘隊完成膠、輔運順槽掘進，1支連采隊雙巷掘進同時完成5-20101工作面回風巷及5-20102工作面回風巷的掘進工作。礦井一、二期工程全部采用綜掘機完成。三期工程引入連采機開始沿頂掘進5-20101、5-20102工作面回風順槽時，頂板出現嚴重離層冒落，巷幫由于夾矸層的存在出現片幫等情況。極大地影響了連采隊掘進效率及工程整體進度，針對這一情況，為保證連采機在掘進過程中頂幫控制的穩定性、安全性及掘進效率，分別對上述問題進行了分析，并及時優化了掘進和支護工藝，為后續的掘進工作起到了指導作用。

2 5-2地質及煤質情況

礦井設計在5-2煤層中布置首采盤區，盤區位于井田的西南角，盤區名稱為5-201盤區。盤區面積為15.22km2，地質儲量4576萬t，可采儲量2916萬t，設計布置回采工作面16個。5-2煤層埋深一般50.20～296.22m，平均埋深142米，煤厚為1.04～4.60m，平均2.35m，煤層傾角1°左右，含一層夾矸，平均厚0.16m，巖性主要為粉砂巖、泥巖及炭質泥巖，夾矸層位穩定。煤層頂板偽頂在井田內零星分布，約占井田面積15%，巖性為泥巖、煤質泥巖，厚度0～0.5m，基本頂分布于井田內中西部，約占井田面積的25%，巖性以粉砂巖、細粒砂巖為主，中粒、粗粒砂巖次之，厚度3.08～27.42m；直接頂主要分布于井田中東部，約占井田面積的60%，巖性以粉砂巖、細粒砂巖為主，中粒、粗砂巖次之，厚度0～11.64m，平均厚度1.90m。5-2煤頂板為Ⅱ類，即中等穩定頂板。5-2煤層底板屬Ⅳ類，中硬類底板。

5-2煤層以不粘煤為主，次為長焰煤。煤層屬于特低灰～低灰、特低硫、低-中磷、高～特高熱值、不粘結性，較高～特高熱穩定性、化學反應性強、高強度、較難磨、可選性好的煤種。原煤灰份平均值為10.15%，屬低灰份煤。原煤空氣干燥基水分（Mad）綜合平均值為7.63～9.13%，煤層水分較高，原煤硫分綜合平均值為0.31～0.37%，標準差為0.09～0.13，屬硫分變化小的特低硫分煤。原煤發熱量綜合平均值為28.60～29.16MJ/kg，屬高～特高熱值煤。

3 工程概況

3.1 巷道布置

5-20101、5-20102工作面回風巷及聯巷布置在5-2煤。5-20101工作面回風巷長3703.3m，寬5.1m，高2.68m；5-20102工作面回風巷長3698.6m，寬5.1m，高2.88m；在巷間垂直布置54個聯巷，聯巷長20m，寬5.1m，高2.68m。

3.2 巷道形狀及斷面

設計巷道形狀均為矩形，其斷面參數見表1巷道尺寸參數表。

4 施工中存在的困難

（1）5-20101、5-20102工作面回風巷原設計沿5-2煤頂板掘進，連采隊最初兩條巷道各掘進40余米過程中，發現煤層上方200～400mm暗灰色偽頂呈層狀剝落嚴重，甚至出現隨采隨冒的情況。經分析認為，礦井一、二期工程建設過程中應用綜掘機掘進，循環進尺較小，對頂板擾動小。應用連采機掘進后，出于連采機本身特點，對頂板擾動較大，以致出現上述情況。如仍沿頂掘進將影響巷道掘進速度并影響全礦的按時投產。根據巷道頂板的穩定情況不同，巷道在5-2煤中的布置位置應及時作出相應的調整。（2）5-2煤為中厚煤層，厚度變化較小，且規律性明顯，結構簡單，為穩定的全區可采煤層。煤厚一般為1.04～4.60m，平均2.35m。一般含一層夾矸，0.10～0.28m，一般厚0.16m，巖性主要為粉砂巖、泥巖及炭質泥巖，夾矸層位穩定。在實際掘進過程中發現，位于巷道中部的夾矸層遇水成泥狀，受礦壓影響后擠出，巷幫煤壁沿夾矸層上下片落，片幫深度一般為0～600mm，應及時調整原巷幫支護參數。

5 掘進工藝的優化及其效果

5.1 巷道掘進工藝

采用連采機及其后配套設備施工，選用一臺12CM15-10B型連采機來完成割煤、裝煤和清煤工序，一臺10SC32-48B型梭車將連采機采出的煤轉運至破碎機，一臺PZL460/150A型給料破碎機完成煤的破碎與轉載工作，破碎機運出的煤通過DSJ100/100/2×200帶式輸送機運出。用一臺CMM4-20型錨桿機完成錨桿的定位、打眼、安裝、緊固工作。采用掘進、支護平行作業的施工工藝。用一臺ZL18EFB（A）輪胎式防爆裝載機清理巷道浮煤、淤泥，確保巷道暢通、干凈，并完成工作面的材料、小型設備的運送和搬移工作。從而形成連采機掘進工作面破煤、裝煤、運煤、清煤、支護等工序全部機械化作業的施工方法。使用的連采機參數詳見表2。

巷道層位布置位置優化。針對5-20101、5-20102工作面回風巷現場頂板條件狀況，為保證連采機在半煤巖巷中的快速掘進，最終研究確定兩種巷道布置方案：為了維持巷道頂板的完整性，頂板條件良好的情況下，原則上采用沿頂掘進；當偽頂狀況差，出現離層冒落跡象，應立即縮短循環進尺，并盡可能縮短頂板空頂時間，采取短掘短支。巷道層位布置位置隨頂板狀況的優化，最大程度上減少了頂板對于掘進速度的影響。據統計，青龍寺煤礦連采隊2015年10月～2016年1月四個月總進尺達到3200m，約為同等地質條件下綜掘隊掘進速度的2倍。

5.2 巷道支護工藝

5.2.1 頂板支護。5-20101、5-20102工作面回風巷及聯巷采用錨桿+冷拔絲網+錨索聯合支護。5-20101工作面回風巷頂板支護參數：頂板使用圓鋼錨桿進行支護：每排布置6根，錨桿間距（從左到右）為250mm/800mm/1000mm/1000mm/1000mm/800mm/250mm，錨桿排距為1000mm；巷道頂板掛5.0m×1.1m的冷拔絲網片，網片搭接為100mm，網片要緊貼頂板。同時使用錨索支護，錨索間排距為2000×3000mm。5-20102工作面回風巷頂板支護參數：頂板使用圓鋼錨桿進行支護：每排布置6根，錨桿間距（從左到右）為250mm/800mm/1000mm/1000mm/1000mm/800mm/250mm，錨桿排距為1000mm；巷道頂板掛5.0m×1.1m的冷拔絲網片，網片搭接為100mm，網片要緊貼頂板。同時使用錨索支護，錨索間排距為2000×3000mm。

5.2.2 巷幫支護形式優化。5-20101、5-20102工作面回風巷的巷幫原設計間排距為：上下錨桿間排距為1200×1000mm，但在實際掘進支護完成后，逐漸以夾矸層為中心上下呈弧形片落，巷幫后期維護困難。優化錨桿布置后，經觀察與現場檢測，對于夾矸層上下煤壁控制效果良好。具體布置形式見圖1、圖2。

5-20101工作面回風巷幫支護形式：幫支護采用五花布置，正幫采用Φ18×1600mm玻璃鋼錨桿支護，上下錨桿間排距為1200×1500mm，中間錨桿排距為1500mm，幫網掛塑料網；副幫采用Φ16×1600mmA3圓鋼錨桿支護，上下錨桿間排距為1200×1500mm，中間錨桿排距為1500mm，幫網掛鉛絲網。

5-20102工作面回風巷幫支護形式：幫支護采用五花布置，正幫采用Φ18×1600mm玻璃鋼錨桿支護，上下錨桿間排距為1200×1500mm，中間錨桿排距為1500mm，幫網掛塑料網；副幫采用Φ16×1600mmA3圓鋼錨桿支護，上下錨桿間排距為1200×1500mm，中間錨桿排距為1500mm，幫網掛鉛絲網。

6 結束語

（1）連續采煤機在半煤巖巷掘進中應用還不廣泛，榆林神華能源有限責任公司在青龍寺煤礦5-20101、5-20102工作面回風巷掘進中引進連采掘進系統，施工過程中保證了安全，根據頂板、兩幫實際狀況，及時作出調整，掘進工藝科學、支護形式合理。（2）針對施工過程存在的困難，合理優化了參數，保證了施工過程的順利進行，為礦井正常投產創造了條件。（3）連采機在青龍寺煤礦半煤巖巷掘進中的成功應用，基本實現每天掘進進尺40m，最高月進1000m，年進尺約l0000m的目標，滿足高效集約化礦井綜采工作面巷道掘進要求。（4）連采機在青龍寺煤礦半煤巖巷掘進施工過程中所遇到的問題及解決辦法，為今后連采機在半煤巖巷掘進中提供了一定的參考意義。

參考文獻

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