普通综掘机大倾角台阶式掘进方式应用研究

徐公荣

(1.北京天地华泰采矿工程技术有限公司，北京100013;2.鄂尔多斯市天地华泰采矿工程技术有限公司，内蒙古鄂尔多斯017000)

目前，我国普通综掘机所适应的巷道倾角大多在±18°范围内。对于倾角较大条件下的斜巷一般采用专用掘进机掘进，但其适用条件有限，施工时限制条件较多，对于复杂的现场施工条件适应性较差。因此，通过采取合理施工方案，将普通掘进机应用于复杂条件下的巷道掘进工程中，对提高巷道掘进效率、降低施工费用具有重要意义。

1 工程概况

大饭铺煤矿5号、6号煤层间距平均约为28m，5煤层1510工作面为该矿的首采工作面，其设计施工的2条联络斜巷自6号煤层的北翼辅助运输大巷穿层至5号煤层的1510工作面辅助输送机巷和胶带输送机巷，联络巷道以25°的倾角上山掘进，斜长为66m，具体如图1所示。

图1 联络巷位置

联络斜巷设计为拱形，掘进断面积13.74m2，高3.8m，宽4.2m;巷道采用螺纹钢锚杆+钢筋网+喷浆支护，巷道自下而上穿层经过泥质砂岩、黏土岩及砂岩层，5号、6号煤层处煤岩层柱状图如图2所示。

联络斜巷设计坡度达25°，对于普通掘进机无法进行正常掘进。目前，针对此类条件下的巷道掘进多采用传统的钻爆法施工。该种方法存在一定的缺点与不足，主要表现在以下几个方面:

图2 联络巷综合柱状

(1)工人劳动强度大。

(2)掘进巷道中过大的坡度造成工人施工困难，施工过程中安全隐患较大。

(3)根据前期施工过程中巷道围岩的揭露情况可知，巷道围岩的岩性较差，岩层内部裂隙、节理发育，导致炮眼施工困难，施工进度缓慢，且巷道掘后难以控制，支护质量难以保证。

(4)钻爆法施工过程中，落矸块度较大，容易损坏系统设备。

(5)施工结束后，需增加辅助运输系统，掘进机才能进入巷道施工。

2 掘进技术及施工工艺

2.1 技术条件

针对普通掘进机施工角度的局限性，为将普通掘进机应用于大倾角斜巷施工，提出在掘进面小范围内提供一个满足掘进机掘进施工角度的操作平台的思路。需解决以下问题:

(1)在倾角为25°的联络斜巷中，为掘进机提供倾角小于12°(或不大于18°)且长度大于12m的施工操作平台。

(2)通过采取相应的技术措施，防止掘进机在大坡度条件下的掘进过程中下滑，同时保证掘进机本身及下方通道的安全。

(3)保证掘进工作面的煤矸运输安全，防止飞矸伤人。

2.2 设备参数

工程采用EBZ－160型悬臂式掘进机，其主要参数如表1所示。

表1 EBZ－160型掘进机参数

2.3 施工工艺

2.3.1 施工方案

利用巷道掘进过程中产出的煤、矸配合废旧道木、金属网等在掘进机底部堆积长度不小于12m，坡度不大于12°的施工平台，施工斜巷倾角不得大于25°，以防施工平台的稳固性受到影响。斜巷长度一般不得过长，以不超过100m为宜，更适合普通小联络斜巷的应用，可实现联络斜巷与工作面巷道、大巷采用同一部掘进机连续掘进，见图3。该平台及后续运输系统应随掘进机的推进而前移，见图4。掘进机截割下来的煤矸用人工运到自滑溜槽，到40T链板机上运走。挡矸板用20mm厚的木板或废旧胶带用铁钉钉到圆木立柱上。

图3 联络斜巷掘进机施工作业措施

2.3.2 施工工艺流程

将掘进过程中产出的煤矸垫入掘进机底部，从而形成可正常施工的操作平台，其中，变坡施工25°上山时需将巷道底板按不大于12°的坡度截割，最终形成掘进机工作的施工平台。安装采用3m长40T链条作为掘进机安全索，并将其固定在巷道两帮底部锚杆上，与掘进机连接;沿上山掘进，前移挡矸网，并沿自滑溜槽、链板机溜槽支护成巷。

图4 联络斜巷挡矸板布置

2.3.3 安全技术措施

(1)为保证掘进机工作时施工平台的稳定性，将掘进机施工过程中产生的浮煤、浮矸利用掘进机的自重和后支撑的压力压实。使用引水槽或水管将掘进工作面的涌水引出施工平台。

(2)在掘进过程中，掘进机后方需设置安全警戒，禁止人员通行。在掘进机前方，左右各增加1道辅助固定安全索，其允许有效活动长度为3m，以限制掘进机的后退距离，防止平台垮塌后掘进机出现下滑。

(3)充分发挥掘进机本身的后支撑作用。掘进机在切割煤 (岩)时，后支撑应处于受力状态，以保证掘进机的稳定。

(4)施工现场备有不少于3m3的废旧道木和一定量废旧钢筋网，当掘进机后支撑下方浮煤不足时，用旧道木及时铺垫，同时在煤矸中适当预埋一些废旧钢筋网，以增加煤矸的下滑阻力和施工平台的稳固性，尤其防止施工平台后方的自然垮落。

(5)掘进机退机、停机时，切割头必须落地，以增加下滑阻力。

(6)掘进机施工平台后方，挂挡矸帘防止飞矸伤人。平台的一侧用于溜矸，另一侧用于行人和运料。

3 施工效果分析

通过设置小角度的施工平台以及一系列施工安全保障措施，首次实现了普通掘进机在大坡度斜巷掘进中的应用。

在1510工作面辅助运输巷联络斜巷的实际施工中，66m的斜巷施工只用13d，其中岩巷40m，半煤岩巷26m，平均进度达到5m/d，安全顺利地完成了施工任务，且在复杂岩性条件下保证了巷道成形，工程质量较好，实现了良好的经济社会效益，在相似条件下的施工工程中有极大推广价值。

4 结论

(1)普通掘进机台阶式掘进法避免了传统大倾角斜巷钻爆掘进带来的操作难度大、劳动强度高、安全隐患多和成巷质量差等问题，同时保证了良好的成巷效果和较高的施工效率，为大倾角斜巷掘进提供了一种新的施工模式。

(2)普通掘进机台阶式掘进法的施工关键:临时性施工平台与水平的夹角应小于12°(或不大于18°)，以保证平台搭建后的稳固性。

(3)普通掘进机台阶式掘进法特别适用于小断面大倾角联络斜巷的推广应用，可实现一部掘进机在斜巷、平巷、大巷的连续施工，避免了专用掘进机设备的购置和改造的投入，具有极大的经济和社会效益。

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