连采机掘进系统过沟谷地冲刷带安全施工技术研究

摘要：榆家梁煤矿52406、52407、52408掘进工作面在掘进过程中均揭露一沟谷地冲刷带构造，该构造呈北西延伸，宽约25～40m，两翼倾角5°左右，沟谷地煤层顶部冲刷带岩性为灰白色中砂岩，钙质胶结，厚度0.2～2.6m，煤层最薄约0.6m。由于沟谷地煤层起伏受力不均及冲刷带岩石硬度高，掘进面出现煤层变薄、顶板破碎、煤层坡度突然变陡、顶板岩石局部硬度过高等诸多不利条件，这与连采机及其后配套掘进系统的适宜工作条件差别较大，造成掘进和支护困难，同时带来较大的安全隐患。通过采取相关措施，上述掘进工作面均顺利通过此构造，没有出现人员伤害、设备损坏等情况。

关键词：围岩特征；巷道布置；掘进工作面；构造揭露；冲刷带

中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）15-0074-04

1 工作面概况

1.1 工作面位置

52406、52407、52408掘进工作面位于榆家梁煤矿井田东南部52煤四盘区三条大巷的南侧，东部和南部为井田边界及小窑越界开采区，西部为正在回采的52405综采工作面。

1.2 围岩特征及煤层赋存情况

所掘巷道顶板北部属老顶触煤区，岩性以细及粉砂岩为主，属较稳定型（Ⅱ）。中南部为直接顶区，岩性以泥岩为主，块状，致密，厚度0～2.37m，属不稳定型（Ⅰ）。底板岩性为粉砂岩和细砂岩，块状，致密，厚度0.55～2.84m，遇水泥化，受回采塌陷地压影响地段巷道底鼓严重。详见表1：

掘进段煤层属低变质烟煤，黑色块状，条痕褐黑色，沥青或油脂光泽，线理细条带状结构，硬度大，赋存稳定，煤厚2.80～4.20m，平均3.50m，倾角1°～2°，容重1.31t/m3。后生裂隙发育，燃点315℃，单向抗压强度为273～569（kg/cm2），坚固系数5。

掘进段地层总的趋势是以极缓的坡度向北西倾斜的单斜构造，倾角1°～2°，断层不发育，后生裂隙发育；顺槽上覆42213工作面采空塌陷区，层间距62～66m。

1.3 巷道布置

上述掘进工作面所有巷道均布置在52煤层中，所有巷道全部为矩形巷道。由于煤层较薄，所掘巷道均沿顶沿底掘进，巷道顶部均加挂冷拔丝网片（网孔为120mm）。

1.4 工作面设备配备

（1）掘进工作面巷道全部使用引进的连采机及其配套设备施工。

（2）选用美国JOY公司制造的12CM15-10B型连采机来完成割煤和装煤工序，选用JOY公司制造的10SC32-48B-5型梭车来完成煤炭运输，利用GP460/150型破碎机完成煤炭的转载和破碎工作，破碎机运出的煤炭通过DSP1063/1000带式输送机运出工作面到胶带机头经主运输系统运出地面进入原煤仓。

（3）选用太原煤科院生产制造的CNMM25-4型锚杆机完成巷道支护工作。

（4）选用UN-488型铲车和防爆装载机来完成材料、设备的运送和搬移，以及巷道浮煤的清理等工作。

（5）选用无轨胶轮车完成人员、物料、设备等的辅助运输。

工作面设备配备及主要技术特征见表3至表8；工作面设备布置见图2。

2 构造揭露情况

2.1 正常生产时的情况

工作面正常掘进段煤层厚度3.1m左右，巷道沿顶沿底掘进，顶板稳定，底板较为坚硬，且煤层起伏较缓，掘进地质条件优越。正常生产条件下每天可掘进6个循环（循环进度10m）。

2.2 构造揭露情况

在掘至构造前15m左右时，顶板出现破碎的状况，破碎段掘进约15m后，煤层坡度突然变陡（下坡），且煤层厚度变薄；又向前掘进10m左右时，煤层厚度降至2.5m左右。过构造带时巷道均沿煤层底板掘进，揭露的构造煤层厚度最薄处仅为0.6m左右。

2.3 特殊掘进工艺

由于连采工作面均采取双巷掘进的方式，若双巷均直接正掘通过构造，连采机在爬坡阶段的安全风险会增大。为了降低风险，同时保证施工质量，在单巷通过构造并掘进至煤层水平地段时，可在该巷道适当位置开联巷，通过该联巷反掘另一巷道，将其由上坡掘进改为下坡掘进。同时在正掘段距底板1.2m左右沿向上5°左右的角度利用XY-2钻机施工长度约15m的正向钻孔，用以指导反掘施工时巷道坡度的调整，保证反掘段巷道坡度不致过大。

3 过构造期间的安全技术措施

3.1 掘进、支护

（1）工作面巷道均为沿底掘进，以便探明煤层赋存状况；煤层厚度变薄时及时扫顶，保证巷道高度不低于设计值。煤层坡度过大时，巷道掘进后进行拉底作业，减小底板坡度，以适应梭车的爬坡能力。

（2）顶板完整段连采机掘进循环进度为10m，顶板破碎段将循环进度减小为5～6m。

（3）巷道支护采用冷拔丝网片+锚杆+锚索联合支护，锚杆选用Φ16×1800mm的单螺母“三小”一次性紧固圆钢锚杆，5根/排，排距为1m；锚索选用Φ15.24×6500mm的钢绞线锚索，排距为1套/3m。顶板破碎段采用加密锚杆并缩短间排距为600～800mm，同时要求锚索队跟班作业，在锚杆支护完毕后立即进行“锚索+W钢带”的方式进行补强支护，排距为3套/1.5m，W钢带规格为3×230×4600mm，未进行锚索支护前严禁掘进。

（4）当顶板含水量较大或为泥岩时，锚杆支护由风钻钻眼改为麻花钻或由锚索队用锚索机钻眼，以提高支护效率。

3.2 设备的运行、维护和保养

（1）由于冲刷体硬度大，因此每循环掘进完毕后，要求煤机司机及时更换损坏的截齿，以减少对齿座和滚筒的损坏。由于过构造时煤机割岩量大，检修工必须每天检查煤机的除尘、截割等系统，保证各个系统正常稳定运行。

（2）工作面必须及时设泵排水，减少积水，防止淤泥形成，同时各种电缆必须及时用电缆钩吊挂在巷道顶板或帮部，严禁直接铺在巷道底板上，以减少因设备碾压带来的电缆漏电隐患。

（3）连采机、锚杆机调机过程中，设备5m范围内严禁站人，需要拉电缆时必须将设备停泵，并确认设备不会发生自溜、倾斜后方可进行。

（4）工作面所有设备停机时必须停放在底板平整地段，严禁停放在半坡上，防止设备自溜伤人。

（5）巷道坡度较大的地段必须及时组织垫路或拉底，减缓巷道坡度，防止设备行走期间有较大的颠簸。

3.3 “一通三防”

过构造期间工作面粉尘较大，给“一通三防”工作带来较大的困难，同时造成作业人员视线不清，存在较大的安全风险。为此，需在以下四方面加强工作：

（1）风筒距工作面距离不得超过10m，掘进顺槽联巷挡风墙紧跟工作面行车联巷之后，以加强工作面的通风除尘能力。

（2）梭车司机在作业前必须将警戒设置到位，严禁任何人员进入；生产过程中严格执行“行人不行车、行车不行人”制度，视线不清时必须停机，待视线恢复后方可生产；跟班队长加强现场管理工作，生产期间严禁任何人员进入生产区域。

（3）在工作面回风巷适当位置安装捕尘网，减少回风流中的粉尘。

（4）加强监测监控管理，监控探头及时跟进，同时保证连采机、锚杆机机载断电仪完好；带班队长、班长、连采机司机、锚杆机司机、跟班电工要随身携带CO、O2、CH4便携仪，对有害气体进行实时监测，发现异常情况，立即通知其他作业人员，并组织人员撤离到系统风的进风流中，待查明原因并进行处理、确保安全后，方可继续作业。

4 存在的问题及改进措施

（1）由于榆家梁井田地质构造优越，且采区和工作面地质预报中均未预测到该构造，造成在揭露构造初期，当班作业人员未能准确的认识、判断构造特征，采取的处理措施不合理，误以为是单纯的煤层变薄或下坡，未能及时调整掘进层位，导致首次揭露构造时在巷道顶板留下一处约0.5m的台阶；构造揭露后，通过搜集整理相关资料，并加强对员工的教育培训，提高其业务水平，可避免此类现象的发生。

（2）过构造期间，锚索紧跟工作面进行支护，需要妥善处理支护时产生的积水，工作面要及时设泵进行抽排，防止积水、产生淤泥，影响工作面标准化，引发漏电、底板不平等安全隐患。

（3）加强过构造期间的通风管理除了维护局部通风机及其设备的正常的运转外，还应要求工作面密闭及时跟进，以加强工作面的通风除尘能力。

（4）过构造期间必须重点加强生产班人员的管理。通向工作面的所有入口必须设置警戒和全断面栅栏，严禁人员进入；同时要求所有岗位工必须坚守岗位，严禁随意串岗或在巷道内行走，特别是锚杆机司机在巷道支护完毕后必须在锚杆机上，坚决杜绝随意走动现象。

5 结语

连采机掘进系统一般适用于煤层倾角在8°以下的近水平煤层条件，当工作面揭露构造后会造成巷道坡度变陡、掘进和支护困难等情况。但通过采取合理的生产工艺和生产组织，可以达到安全通过地质构造的目的，同时可以减少因掘进工艺改变所带来的人力和物力的浪费，取得较好的社会经济效益。

作者简介：刘渤，男，陕西神木人，神华神东煤炭集团保德煤矿副总工程师，研究方向：采煤工程。