煤巷擴修機械化生產線研究與應用

【摘要】隨著煤炭市場需求的擴大，特別是采煤設備和采煤技術水平的提高，煤炭生產能力又一次大幅度提高，這使得煤礦的采掘接替及二次支護關系也要求越來越嚴格和緊張。目前二次支護擴刷依然以傳統的手持式風鎬為主，完全是依靠人力施工，勞動強度大，勞動效率低。因此，有效地增加煤巷機械化作業線，提升施工速度勢在必行。

【關鍵詞】巷道;機械化;擴修;生產線

1.前言

目前絕大多數煤礦二次支護擴刷依然以傳統的手持式風鎬為主，完全是依靠人力施工，勞動強度大，勞動效率低。另外巷道過長、轉運設備多給系統出煤、人工運料帶來了不便，人員配置上運料工比重較大，這些都嚴重制約了巷道的快速掘進。因此，有效地增加煤巷機械化作業線，提升施工速度勢在必行。我國單獨使用綜掘機、挖機在煤礦掘進及二次支護的施工中已經比較成熟，但對與將兩者結合形成完整的配套作業線用于二次架棚支護尚屬罕見。

2.工程背景

趙固一礦是目前焦煤公司的主力產煤礦井，經過幾年的開采，礦井面臨距采區較遠通風線路長等問題。趙固一礦北翼回風大巷為半煤巖巷道，原斷面為錨索加W鋼帶支護，擴修前巷道底鼓嚴重、幫部變形，但頂板成型完好，巷道高度不足2m、巷道斷面不足8㎡，返修總長度超過200m，擴刷后毛斷面需達到近30㎡才能滿足架棚需求。趙固一礦北翼回風大巷返修段長663.2m，煤層厚度5.2m，巷道最大坡度±5°，擴刷凈斷面寬5.5m，高5.4m。架設U36方環形封閉支架。方環棚凈高4619mm，凈寬4668mm，底拱弦高819mm，回填后凈高3800mm。為保證工程按期交付，經研究決定在傳統作業方式上增加機械化生產線，使用綜掘機進行超前擴刷煤巷，后方30m處使用小挖機進行臥底出矸作業、其后緊跟人工架棚聯合作業。

3.機械設備配套

該配套作業的原則是提高二次支護工作面技術及裝備水平。巷道擴修架棚技術是煤炭開采中的一項重要內容，安全、合理、有效的巷道支護是保證礦井實現高產高效的必要條件，該機械設備組合滿足在保證安全的前提下挺高了工作效率、顯著減輕了工人勞動強度。

3.1綜掘機。綜掘機型號選型考慮下幾個方面的問題：①所選綜掘機的生產能力應能滿足生產任務的要求;②所選綜掘設備應滿足快速掘進施工工藝的要求;③所選綜掘機型號應滿足施工點地質條件，比如說巷道寬度、面積、坡度、巖石硬度、抗壓性、巷道支護方式等等;④設備的選用應盡量做到物盡其用即以最低的財政支出，創造最大的工效。采用相應的支護機械和支護技術，及時、迅速、有效地實現快速支護，并使支護與截割最大限度地平行作業，簡化出貨及運料系統，提高綜掘機的開機率，才能大幅度提高掘進速度，故選用EBZ-160型懸臂式綜掘機。

3.2挖機。巷道支護架棚落底較深，且底板為巖層，綜掘機就失去了優勢，需要用挖機來配合其進行臥底、挖底拱坑、出矸等作業。由于工作環境的特殊性，選用MWD5.5煤礦液壓挖掘機

3.3刮板機。由于挖機落底出矸不適用皮帶出矸，選用SGB620/40T刮板機滿足運輸需求。

3.4皮帶機。根據掘進機的掘進速度及出矸量計算出煤量并預留一部分余量，選擇DSJ800/2×55皮帶機。

3.5無極繩絞車。北翼回風大巷最大坡度為14°，運輸線路總長650m，作業線施工速度快，物料運輸量大且頻繁，選用SQ-120/132B型無極繩機械調速絞車滿足運輸需求。

3.6單軌吊。由于施工進度較快，考慮到人工卸料效率低且不安全，在后方材料運轉處，安裝單軌吊用以輔助卸料，提高效率增加安全系數。

4.施工組織

根據機械性能組織人員進行作業，勞動組織采取綜合掘進隊，三八作業制，每班作業人員分為掘進支護組、挖機落底組、人工架棚組，各組平行作業，保持進度統一。八點班為檢修班，對所有施工機械及運輸系統進行檢修。在檢修同時架棚作業不中斷，同時組織人員進行材料運輸，人工裝袋充填等作業。

將作業面分為3段：

第一段除綜掘機擴刷支護段及時擴刷將煤送出掘進工作面外，還需要將大量的材料、設備運往工作面。隨著工作面走向長度的加大，用人工運料，時間長、勞動強度大，限制了快速施工。為保證綜掘作業線連續均衡地生產，采用以膠帶作為牽引承載機構的連續運輸設備，利用下部空膠帶向綜掘工作面運送各種支護材料。大大減輕了工人的勞動強度，加快了巷道的掘進速度。綜掘機擴刷后，自上而下由外向里施工兩幫滯后的錨索;綜掘機及其輔助運輸設備長為30m。

第二段經綜掘機擴刷后作業空間增大，因需要架棚，還需要進一步進行落底作業，這時綜掘機就難以發揮，同時底板為巖層，給挖機的使用創造了條件，利用小挖機對硬巖進行破碎、軟巖直接進行挖掘，減少勞動強度，顯著提高掘進速度。挖機配合刮板輸送機，裝運功能強，履帶行走插入力大，全斷面裝載，出矸速度可連續作業。根據挖機性能及與其他設備配合需要該段長度為15m。

第三段在前方擴刷支護等工序完成的情況下，進行人工架棚充填。將二次支護工序分解后，以人力為主的只有架棚作業，占用時間較大的擴刷、落底、出矸等工序已分解并由機械化高效完成，大大地提高了架棚速度，最高單班架棚達8棚，并且實現了三班不間斷架棚。

5.詳細施工工藝內容

5.1施工順序

敲幫問頂→引中心線、腰線→檢查頂、幫是否符合設計要求→擴幫→錨網支護→臥底→挖反底拱坑→架棚→回填底拱坑至設計高度→棚后裱褙金屬網充填煤（矸）。

5.2施工工藝

（一）幫部擴刷工藝

1、首先檢查施工地點的頂底板情況并進行敲幫問頂。對頂板斷裂錨桿（索）處補打φ17.8×4200mm點錨索支護。

2、擴幫前先對施工地點前后10m范圍內電纜進行防護，防止施工過程掉落的煤矸砸壞電纜。

3、使用綜掘機配合人工進行擴幫，施工前檢查綜掘機工作狀態是否正常，施工范圍內雜物清理干凈，電纜、管路防護完好，檢查完后進行擴幫施工。

（二）錨索安裝工藝

1、根據錨索間排距定好孔位，幫部采用ZQS-50手持式煤幫機打眼，頂板采用MQT-130/3.2錨桿機打眼。打完眼后，裝入樹脂錨固劑，用鋼絞線逐支輕推至孔底，安上攪拌器攪拌，攪拌時間20～35s，等待8min后，上錨索托盤和索具，采用MQ22-250/MQ18-250風動式錨索預應力張拉機具緊固。

（三）臥底施工工藝

1、首先檢查施工地點的頂底板情況并進行敲幫問頂。要對頂板不穩定的地方及時進行支護。

2、巷道臥底自北翼回風大巷（西）開口處開始向西落底至迎頭，采用EBZ160型綜掘機和人工相結合方式施工，嚴格按照地測科給定腰線施工。

（四）架棚工藝

1、架棚前首先對施工地點進行敲幫問頂，頂板巖石破碎段補打錨索進行超前支護，尺量巷道斷面規格是否達到設計要求。

2、底拱采用風鎬進行起底至設計深度，補打底腳錨索、掛金屬網。

3、錨網至設計后，架設鋼棚，安裝連接板，上緊螺栓。

4、架棚完成后，尺量棚間距、高度、扭矩、前傾后仰。

5、尺量棚符合要求后，棚后全斷面裱褙單層金屬網（充填厚度大于1m時使用雙層網裱褙），用編織袋裝入煤矸進行充填，充填要褙幫接頂，最后將底板清理至設計高度。

6.效益分析

6.1時間效益

綜合機械化生產線的投入，使得原本需要5個月才能完成的工程量縮短到1個月，節省了4個月的生產時間，極大地提高了生產效率。

6.2 社會效益

通過配套機械作業線的快速施工應用，為以后趙固一礦其余需二次支護巷道安全高質快速施工奠定堅實基礎，形成一套合理的施工組織方法，施工工藝及施工過程中質量控制的成果，將會為煤巷二次支護的施工和相關技術發展提供有力依據和技術儲備。

參考文獻：

[1]劉東星，祁樂，李磊.軟巖巷道底鼓變形機理與治理技術研究[J].煤炭技術，2015（09）.

[2]祁樂，祁楠.動壓影響下巷道擴修數值模擬研究[J].煤炭技術，2014（09）.

[3]贠東風，王之宇，蘇普正，解盤石，杜強，李尚明，王鵬飛，曹明世.雙龍煤礦軟巖大巷修復技術數值模擬[J].煤礦安全，2013（08）.

[4]于紹輝.U型鋼支架與錨網噴聯合支護在維修巷道中的應用[J].江西煤炭科技，2012（04）.

[5]王術龍，馬進功.二次擾動下煤層群上行開采可行性分析[J].山西煤炭，2011（12）.

作者簡介：楊桂松（1984.10-），男，漢族，河南焦作人，?？?，助理工程師，畢業于河南工程技術學校。