掘进机在海域回采巷道复杂地质条件下的应用

李海龙++于兆东++马寿强

文章编号：2095-6835（2016）07-0127-01

摘 要：2015-04，山东省龙矿集团北皂煤矿首次在海域回采工作面成功投用了EBZ-150A型掘进机，一举改变了海下施工巷道单纯依靠放炮掘进的施工模式，机械化程度和生产效率大幅度提升，且班组循环进尺也“提速”了。

关键词：掘进机；海域；回采巷道；单进速度

中图分类号：TD421.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.127

北皂煤矿海下地质构造复杂，软岩的蠕变性、流变性尤为突出，巷道压力明显，炮掘U形棚全封闭壁后浇筑砼支护形式一直是海域施工巷道采用的主要支护形式。2015-04，山东省龙矿集团北皂煤矿在海域H2302材料巷首次成功投用了EBZ-150A型掘进机。同年5月，H2302材料巷创出了集团海域掘进机施工（壁后浇筑巷道）166.6 m的历史最好水平。

1 地质条件

海域H2302工作面主采煤2层煤，工作面标高为-320～-206 m。根据资源钻孔及临近工作面揭露资料分析，煤2层最小厚度4.30 m，最大厚度5.93 m，平均厚度5.35 m。煤2层为煤块状和粉末状结构，性脆易碎，小节理发育，含裂隙水，其底板多为粗砂岩和砂质泥岩，局部为钙质泥岩，煤层硬度f为3～4，属于典型软岩。

2 巷道支护

H2302材料巷支护形式为（4.0×3.1）mU36钢棚壁后充填砼支护，巷道净宽度为4.0 m，高度为轨面上3.1 m，掘进断面积为S掘=17.6 m2，S净=10.57 m2。

3 主要设备技术特征

3.1 巷道设备选型

海域H2302材料巷采用EBZ-150A型掘进机配套除尘风机掘进，采用传统风煤钻打眼，采用JD-25KW、JD-40KW调度绞车提升运输，采用胶带输送机进行排矸工作。

3.2 除尘设备

配合使用KCYS-100（HWQ）型矿用湿式除尘风机，通过水浴式除尘机理来减少工作面的粉尘，主要技术特征参数如下：型号为KCYS-100（HWQ），外形尺寸为（2 700×600）mm，处理风量为0～150 m3/min，工作方式为液压驱动，除尘效率≥90%，最大供油压力≤18 MPa，供油流量为25～35 L/min，质量为150 kg。

4 具体实施工艺

具体实施工艺如下：①看中、腰线→开机割顶→敲帮问顶→临时支护→打设顶部布置锚杆并挑顶→截割两帮及下部→安设棚腿并打设棚腿底角锚杆→掘进机后移集中对后部底拱卧底（并安设底拱）→棚顶及两帮（底拱）喷浆浇筑。②循环进尺1.0 m，临时支护最大控顶距1.4 m，临时支护最小控顶距0.4 m。③顶板临时支护先采用前探梁对顶板进行维护，在前探梁的掩护下打设布置锚杆，前探梁每循环使用3根，布置在棚顶中间及两边各0.8 m处。④顶板一次支护采用打设布置锚杆的方式，每循环打设一排锚杆，一排打设5根，锚杆排距×间距=1.0 m×0.8 m（允许误差为±0.1 m）。⑤锚杆采用∮18 mm×2250 mm螺纹钢锚杆，每根锚杆配合使用2块MSCKb-23/40型树脂药卷，锚固力不小于6T。⑥采用打设护板的方式对迎脸进行维护。⑦每架棚使用6根A3金属拉杆，棚腿拉杆安设在牛腿上0.9 m±0.1 m处，其余拉杆安设在每节棚中间处。⑧地坪以上部分挂设钢筋网并铺防雨布后浇筑，浇筑厚度200 mm；地坪以下部分不挂设钢筋网、不铺防雨布，浇筑厚度150 mm。浇筑砼标号C20，砼配比为水泥∶沙子∶石子=1∶2∶2.

5 创新点

5.1 优化支护形式

将原设计施工断面3.8 m×3.1 m调整为4.0 m×3.1 m，巷道底角宽度由3.6 m调整为3.8 m，从而增大掘进机左右调整的空间，使掘进机炮头能够对巷道两底角直接截割卧底；将海域巷道多年来的0.8 m的棚距调整为1.0 m的大棚距，从而减少支护材料的投入，加快掘进速度；地坪以上的浇筑厚度由250 mm调整为200 mm，地坪以下由200 mm调整为150 mm，以大大降低支护成本。

5.2 优化施工工艺

优化施工工艺可确保施工顺序衔接顺畅。首先，安设底拱工作滞后迎头3～5架钢棚，以解决掘进机炮头的截割深度无法满足现场钢棚底拱安设需求的难题；其次，钢棚底拱卧底工作与迎头钢棚浇筑平行作业。待迎头钢棚浇筑完毕后，卧底工作也同时完成，施工工序衔接较为顺畅。

6 效果分析

6.1 机械化程度高，单进水平提升

机掘三班/每天至少可掘进6～7个循环，炮掘三班/每天最多掘进4个循环，大幅度提高了单进水平。采用掘进机施工提高了掘进迎头机械化程度，掘进单进速度比钻爆法施工提高了约2倍。

6.2 提升了工程质量，降低了巷道返修率

采用掘进机掘进可确保巷道成型质量，同炮掘相比，这种方式有效地控制了巷道施工期间的超欠挖，减少了支护材料的投入，还减小了炮掘期间因爆破而对围岩造成的破坏。岩体截割后成型规整，最大限度地保持巷道围岩的自身强度，增强围岩的自承能力，从而保证围岩的稳定性，增强支护强度。另外，采用掘进机掘进缩短了空顶时间，便于顶板管理，同时增加了顶板安全管理系数。

6.3 经济效益明显提升

海域H2302材料巷自采用掘进机施工以来，施工棚距由原来的0.8 m调整为1.0 m，地坪以上的浇筑厚度由原来的250 mm调整为200 mm，地坪以下的浇筑厚度由原来的200 mm调整为150 mm，每米进尺可节省支护成本1 000多元，工程造价降低了约40%.

7 结束语

从海域掘进机的使用情况来看，采用掘进机掘进日均单进6～7 m，月度进尺合计达到180～210 m。采用掘进机掘进速度约为炮掘速度的2倍，进尺速度远远超过炮掘速度（月度进尺约100 m左右），工程造价降低了40%左右。另外，采用掘进机掘进不仅提高了机械化快速掘进效率，还提高了工程质量，减轻了工人的劳动负担，海域进尺速度对矿井发展的制约得到了缓解，且经济效益显著。

参考文献

[1]黄日恒.悬臂式掘进机[M].徐州：中国矿业大学出版社，1996.

〔编辑：刘晓芳〕