连续采煤机在复杂地质条件下掘进和支护技术管理

马添虎

(神东煤炭集团乌兰木伦煤矿,内蒙古 鄂尔多斯017200)

0 引言

神东煤田是目前我国已探明储量最大的整装煤田，占全国已探明煤炭储量的1/4，同时也是世界八大煤田之一。煤田内煤质优良，开采条件优良。煤层具有埋藏浅、地质构造简单、赋存稳定、倾角小、瓦斯含量低等开采优势；煤质具有低灰、低硫、低磷、中高发热量、高挥发份等特点，属于优质的长焰煤和不粘煤。连续采煤机是一种可以连续采掘煤炭的机械设备，特别对地质条件好的巷道开掘有得天独厚的优势。连续采煤机的煤巷快速掘进优势突出，当其配备合理的配套设备，可完成煤巷的快速掘进，效率普遍比国内的悬臂式掘进机高4～5倍[1]。连续采煤机正适合开采条件简单的神东矿区。目前，连续采煤机已经在以神东煤炭公司为代表的现代化矿井中得到大量应用。

煤矿的安全、快速掘进技术对保证煤矿安全开采，保证煤矿工作面正常接续具有重要意义。复杂地质条件下的掘进工作对施工设计、技术支撑和安全管理均要求较高。神东矿区某些复杂地质条件区域内的安全、高效掘进对煤矿工程技术人员的素质和经验要求更高。

1 复杂地质条件区域划分

神东矿区地处我国西部地区，属于厚松散覆盖层、薄基岩的浅埋煤层，矿井开采易引起上覆岩层与地表的移动变形，煤层顶板岩层的变形破坏易形成切落、裂缝破坏、台阶下沉，有可能引发煤矿突水溃砂等危害。[2-3]当连续采煤机施工过程中遇到地质条件复杂区域时，如不采取安全有效的管理手段，很容易影响掘进工作效率，甚至产生安全事故，给煤矿造成人员和财产的损失。煤矿工程技术人员对于复杂地质条件区域不能掉以轻心，根据作者的工作经验现将复杂地质条件区域进行归类如下：

（1）煤层顶板为复合顶板的，煤层中有泥岩、泥质页岩夹矸层，包括煤层直接底为泥岩、泥质页岩的区域；（2）基岩厚度小于30m的区域；（3）掘进揭露断层，掘进揭露冲刷带、煤厚小于3m的煤层变薄区，煤层及顶板十分破碎的区域；（4）火烧区边界掘进，包括煤层及其顶底板松软易冒落的区域；（5）煤层及顶板含水性强，锚杆锚索孔滴淋水较大的区域；（6）受二次采动影响的巷道及需要长期服务的巷道，在受一次采动影响后出现严重离层、片帮，需要二次加强支护的区域；（7）切眼等大断面巷道及硐室等区域。

2 掘进和支护技术管理

针对上述地质条件复杂区域，一方面要提高安全生产意识，另一方面要做好施工设计、提高技术设备水平、加强现场施工过程中的安全管理。具体可采取如下措施：

1）复杂地质条件下掘进时，应严格控制巷道成型，连续采煤机掘进时保证巷高误差≤200mm，巷宽误差≤200mm。且当煤层厚度大于3.2m时保证顶煤留设厚度大于400mm，当煤层厚度小于3.2m时，顶煤留设厚度不做要求，但应以控制漏、冒顶为原则。联巷及其它巷道原则上不要求抹角，有特殊使用要求需要抹角的，应在满足使用要求的前提下尽量减小抹角尺寸。

2）循环进度应适当缩小，较严重时应缩小到3m或更小，以保证顶板不冒落为原则。

3）巷道全断面挂钢筋网片，每排加支1根或2根锚杆，锚杆扭矩和锚固力必须合格，锚杆支护必须及时。锚索支护视实际情况可采取以下三种支护方式：（1）两排锚索间增补一根，使之成3花布置；（2）间排距由3m×3m减小至1.5m×2m，并加挂w钢带，边上两根锚索与巷道顶夹75°角施工；（3）在间排距缩至1.5m×2m仍不能有效控制顶板时，可在两排之间补打2根，使之成5花布置。锚索锚固力必须合格，且滞后掌子头的距离不得大于1个循环。

4）复合顶板条件下使用圆钢锚杆尚不能有效控制顶板时，将圆钢锚杆改为螺纹钢锚杆，并根据具体地质情况确定锚固段长度，且将锚杆间距缩小至900mm，锚索支护根据实际地质条件可用6.5m、8m或4m长锚索。

5）煤层顶板严重破碎，导致漏顶或冒顶严重，且冒落后巷高≥4m时，除采用锚杆+钢筋网+锚索+w钢带支护外，必须架棚或用锚吊梁加强支护，架棚（锚吊梁）所用材料为11#矿用工字钢，棚距（梁距）1.0m，其后用道木背实。

6）煤壁片帮严重、巷道肩角出现拉槽时，必须及时进行帮网和帮锚杆支护，帮网施工要符合要求，且帮网滞后工作面距离不得大于2个循环。当片帮高度超过巷帮高度的1/2时，则应在距下排帮锚杆1.2m处加挂一排钢带，巷道受压严重，煤壁松软破碎时补挂一片宽网片。

7）锚索锚固段内有泥岩夹层、锚杆锚索孔内滴淋水较严重，致使锚杆或锚索不易锚固时，应适当增加1支或2支树脂药卷，若增加药卷后仍不能保证锚固力时，则须采取11#矿用工字钢架棚支护，回采巷道棚腿用木点柱，永久性巷道棚腿为11#矿用工字钢，并用帮锚杆固定棚腿，棚后必须背实。

8）受二次采动影响巷道、受一次采动影响的永久性巷道，在一次采动影响剧烈，出现严重片帮和网包时，应先处理片帮和网包，然后补挂帮网，采用锚杆+钢筋网+锚索+w钢带支护，视情况采取架棚或用锚吊梁加强支护。

9）切眼等大断面巷道及硐室在复杂地质条件下施工时，首先应在满足使用要求的前提下尽可能地减小掘进断面，并根据地质条件合理确定一次成型断面尺寸和二次成型时机，切眼及大断面硐室扩帮完成后应及时用木点柱（内注式单体液压支柱）或木垛加强支护，点柱小头直径不得小于200mm，木点柱（内注式单体液压支柱）必须垂直于顶底板，间距2m，木垛间距3m。

3 应用实践

神东某矿31煤一盘区31111运顺、31112回顺巷道长度均为4017.76m；煤层总体倾向NW，倾角1-2°，煤层稳定，无大的起伏，煤层底板标高在1155-1163m之间；煤厚平均3.36m；31煤顶板为粉砂岩、细粒砂岩，底板为泥岩、粉砂岩。两个顺槽的顶板类型属不稳定-较稳定。回顺采用:树脂锚杆+钢筋网片+锚索联合支护；运顺采用：树脂锚杆+钢筋钢带+锚索联合支护；选用φ16×2100mm的圆钢锚杆，排距1.0m，每排4根。该工作面选用连续连采机及其配套设备施工。选用一台12CM15-10B型连续连采机完成割煤及自行装煤工序；选用一台4EOO-2250-WT型四臂锚杆机完成掘进巷道的支护工作，采用掘支循环平行作业的方法进行施工。

该巷道掘进属于复杂区域下长距离掘进施工，在采用连续采煤机掘进过程中运顺、回顺煤层顶板局部有泥岩伪顶，裂隙发育，顶板较为破碎；在掘进至距离一盘区辅运三段1131m处遇F2断层，落差6m，且岩性破碎、容易冒落；掘进过程中穿越断层和顶板裂隙发育层段时，由于导通上覆含水层，造成工作面涌水量增大。

现场工程技术人员根据实际情况，以顶板不冒落为原则，及时减小连续采煤机掘进循环进度，视具体情况调整坡度，加强支护密度和强度，保证掘进施工中顶板稳定性，有效的预防了顶板事故的发生。在掘进过程中有煤层变化、顶板异常、突（透）水征兆时，现场人员保持24小时不间断的观测顶板淋水情况，坚持“有疑必探，先探后掘”的原则，加强顶板管理，做好排水准备，有效的预防了顶板溃水。在31111运顺、31112回顺长达8000余米的巷道掘进过程中未发生事故，保证了煤矿在复杂地质条件下掘进的安全。

4 结论

本文以神东矿区某矿在复杂地质条件的区域内采用连续采煤机安全快速掘进为例，为相似条件下的巷道掘进工作提供了借鉴。但具体的掘进和支护方式选择要考虑本矿井煤层赋存条件、技术装备和人员素质等综合因素，只有跟现场工程实际相结合，才能找到适合本矿的安全、高效的掘进和支护方式。

［1］张振,梁大海.国产连续采煤机在神东矿区快速掘进中的应用[J].煤矿机械,2010

［2］杨治林,浅埋煤层长壁开采顶板岩层灾害控制研究[J].岩土力学，2011.

［3］刘文岗.浅埋大采高综采工作面矿压显现特征及顶板灾害机理分析[J].煤矿开采,2011.