復雜困難條件下小斷面巷道快速掘進技術研究與實踐

李新杰+++吳正海+++林偉

摘 要：通過對在小斷面（2.4m工字鋼梁）巷道內使用皮帶出煤矸、進料的研究和總結，提出了小斷面巷道內使用皮帶機出貨一體化快速掘進技術，即在2.4m寬的巷道內直接使用耙矸機及皮帶機聯合出貨，不鋪設軌道，直接使用底皮帶進料，降低了斜巷運輸的安全隱患。采用此工藝施工，很好的滿足了生產需要，加快了施工進度，取得良好的經濟效益。此施工方案的成功，為在小斷面巷道內使用耙矸機及皮帶機聯合出煤矸提供了實踐經驗，為快速掘進提供了新的方法。

關鍵詞：小斷面；聯合出貨；皮帶機

1 概述

隨著百善煤礦井下資源的不斷枯竭，煤炭開采多為邊角塊段、三角帶及保護煤柱等，面臨著面多儲量小且推進速度快，工作面接替緊張等問題；而掘進則多為沿老空、沿斷層及風氧化帶施工，條件差，壓力大，掘進速度慢。

為了提高掘進進度，緩解工作面接替的緊張形勢，我區以打造快速掘進隊為切入點，強化掘進管理、優化生產組織、提高掘進速度，為在小斷面巷道內快速掘進及安全生產積累了寶貴經驗。

2 小斷面巷道快速掘進實踐[1-2]

2.1 工程概況

6533煤柱風巷位于65采區西北部，右側緊臨6533采空區，走向長525m，傾斜寬18～94m。該巷道煤厚2.1～3.4m，平均煤厚2.9m，傾角3°～11°，平均傾角6°，受采動影響，頂幫壓力較明顯。

2.2 巷道支護斷面優化

根據要求，把原設計3.2m支護斷面改成2.4m支護斷面，不鋪設軌道，用皮帶機頂皮帶出煤矸，用底皮帶運料，優化支護設計，提高施工進度。把3.2m支護斷面（如圖1）改為2.4m支護形式（如圖2），減少打眼數量，減少出貨量及出貨時間，（一個循環進度按2.8m計算，巷道長度為525m）。

（1）減少出貨量：3.2m斷面出貨量T=（3.2+3.86）×1.95÷2×2.8×

1.42=21.15t

2.4m斷面出貨量T=（2.4+3.05）×1.95÷2×2.8×1.42=27.37t

（2）減少出貨時間：3.2m斷面出貨時間t=72min=1.2h（實測）

2.4m斷面出貨時間t=50min=0.8h（實測）

出貨所節省的時間T=（525÷1.6）×（1.2-0.8）=132h≈6天

2.3 爆破參數優化

采用微差控制爆破技術，優化爆破參數，提高工作效率。按照作業規程的設計要求，2.4×2.4×2.4m斷面共布置19個炮眼（如圖3），而3.2×2.4×2.4m斷面共布置25個炮眼（如圖4），使用煤礦許用二級水膠炸藥，按正向裝藥布置，每個炮眼深度為1.6m，根據實測平均打一個炮眼需要3min計算，每一茬炮節約時間40min，總共節約時間約10天。

2.4 出貨方式優化創新

出貨方式是決定掘進速度的關鍵，通過優化改進出貨方式，實現復雜條件下掘進速度的大幅提高。

（1）原來施工大斷面（3.2m梁），每2天向前延1次皮帶機尾（12m），每天施工6m，現在小斷面（2.4m梁），每2個圓班拉1次機尾（18m），每天施工9m；每天小斷面比大斷面多施工3m，共縮短工期約30天。

（2）原來用的80皮帶機底托輥是直托輥，無法滿足運料要求，為了不鋪設軌道，并用底皮帶運料，特把底托輥也改用鉸接托輥，這樣就解決了用底帶運料的問題，并少安裝5部絞車，即減少了設備的安裝，又減少了斜巷運輸的安全威脅，為斜巷運輸的安全提供了保障。

（3）按巷道設計總長為

525m，如按正常方案施工，需鋪設1050m軌道，由于采用皮帶機上皮帶出煤矸，用底皮帶進料，施工期間就不需在巷道內鋪設軌道，取得了顯著的經濟效益，也減少了斜巷運輸的安全威脅，有利于安全生產。

（4）以前皮帶機和鏈板機是直接搭接，即皮帶上的煤直接吐到鏈板機上運走。而現在為了直接用皮帶機出矸，就改變了傳統的搭接方式，皮帶機和鏈板機不直接搭接，中間預留1m空間鋪設軌道，并把機頭抬高，使滾筒的吐貨點距軌道的高度大于1.2m（吐貨點高于礦車上沿）。出煤時用溜槽連接皮帶機和鏈板機出貨（如圖5）；而出矸時，就把溜槽去掉，把礦車直接皮帶機頭前方，矸石直接由皮帶吐到礦車內運出（如圖6）。

2.5 改變延伸皮帶機尾的方法

原來三機聯合作業時，采用的是回柱絞車與皮帶機尾分開的方式，即先把絞車的鉤頭固定在己加固好的棚梁上，在絞車的帶動下機尾不斷向前延伸，這樣初期會導致皮帶機尾鉆底板而增加其摩擦力，后期會導致前方的絞車慢慢向上翅起，最后就會懸在空中從而減少其穩定性，不利于拉機尾的安全。

而現在是直接把絞車固定在皮帶機機尾架上，解決了皮帶機尾鉆底、絞車懸空的問題，增加了拉機尾時皮帶機和絞車的穩定性，大大縮短了延伸皮帶機尾的時間，更保障了拉機尾時的安全。

2.6 過程控制措施

使用皮帶機出煤矸、進料的方法用的比較少，經驗不成熟，為了達到出煤矸和進料的安全，使出煤矸及進料的過程得到有效控制，采取如下措施：

（1）鋪設鏈板機的巷道施工大斷面（3.2m梁）。大斷面即可以鋪設鏈板機，也可在皮帶機頭處預留出矸的空間，這樣就可有效的控制出煤和出矸，實現煤矸分裝分運。

（2）抬高機頭。鋪設皮帶機時，把機頭抬高，高度不低于1.4m，這樣就可以把矸石直接由皮帶吐到礦車內外運。

（3）皮帶機頭段施工10m大斷面（3.2m梁）。在皮帶機頭段需裝料，如機頭段施工小斷面，安全空間比較小，不利于正常裝料，所以在施工機巷時提前撐寬大斷面，為安全裝料創造有利條件。

（4）在皮帶機尾安設急停裝置及擋料裝置。在皮帶機尾安設急停裝置，保證了當料由皮帶機頭轉運到機尾或出現其他誤操作時能及時停止皮帶運轉，保證了皮帶出煤矸及進料的安全。在皮帶機尾加裝一道擋料裝置，可以有效防止因誤操作或尖銳工具未卸掉進入皮帶機尾而撕裂皮帶，保證裝卸料的安全。

3 效果分析

經試運轉出煤矸及運料效果良好，不僅提高了經濟效益，更加快了掘進施工進度。月進尺達270余米，超額完成了進尺計劃，保證了工作面的正常接替。

（1）小斷面出煤量小，用皮帶出貨的效率較高，充分發揮了機械化作業效能，提高了施工進度，保證了礦的生產接替。

（2）用底皮帶進料，避免了斜巷打車環節，減少了事故點，有利于斜巷運輸的安全。

（3）實現皮帶機直接出矸，杜絕了矸子進入系統，大大提高了煤質和經濟效益，解決了皮帶機無法直接出矸石的難題。

（4）把絞車直接固定在皮帶機尾，改變了以前拉機尾的方法，有效的縮短了拉機尾所用時間。

參考文獻

[1]徐永圻.煤礦開采學[M].徐州：中國礦業大學出版社，1999.

[2]林偉，吳正海.百善煤礦殘留煤柱安全高效回收技術研究與實踐[J].能源技術與管理，2014，39（1）：82-83.