综采工作面切眼采煤机扩削工艺实践

熊辉荣，黄斯保，杨建平，涂金辉

（江西丰矿集团有限公司 尚庄煤矿，江西 丰城 331143）

1 概述

江西煤业集团有限责任公司尚庄煤矿（以下简称尚庄煤矿）于1958年建井，1968年建成投产，设计年生产能力为0.21 Mt，1980年核定生产能力为0.30 Mt/a，2009年核定生产能力为0.45 Mt/a，后因国家政策，2017年，重新确认生产能力为0.36 Mt/a。2017年评为安全生产标准化二级煤矿。尚庄煤矿2008年开始采用综合机械化采煤，2011年全部实现综合机械化采煤。2017年全矿生产原煤0.3519 Mt。

尚庄煤矿为煤与瓦斯突出矿井，采用走向长壁区内后退式，采空区全部冒落采煤法，回采工作面采用综合机械化采煤、液压支架支护，采煤机割煤，刮板输送机运输，顺槽采用桥式转载机和胶带输送机运输。

706综采工面位于尚庄煤矿-650 m水平东Ⅲ采区西翼，该工作面东面为706切眼、西面为边界上山、北面为7061回风巷、南面为7062顺槽；工作面开采煤层为B4煤层，该面煤层赋存相对稳定，地质构造简单，工作面倾斜长度110 m，工作面走向长度587 m，可采储量0.2777 Mt。煤层厚度2.0～3.7 m即上分层厚：0.8～1.3 m左右，下分层厚：0.4～1.8 m，中间夹矸厚0～0.8 m，夹矸大多为炭质页岩，煤层平均总厚度3.2 m左右。煤层倾角13°左右，走向N70°～85°E，倾向SW，该工作面埋藏深度为-467.0 m～438.8 m。煤层直接顶为深灰色炭染砂质页岩具有菱铁矿结核，厚度4.8 m，老顶为暗灰色细砂岩与炭染砂岩，层面含云母，厚度5.0 m，直接底为浅灰色团块状粘土岩，遇水易膨胀，产大量植物化石，厚度1.2～3.5 m，老底为灰至深灰色薄层状细砂岩，上部具鲕状结构，含凌铁矿结核，下部产植物化石渐具炭染。厚度5.1 m。

根据目前技术装备水平和工作面的地质条件，706综采工作面采用综采工艺，工作面拟安装一部MG160/380-WDK型电牵引型摇臂式双滚筒采煤机、一部SGZ630/264型刮板输送机和ZY3200-17/36型液压支架73架：顺槽安装一部SZD630/110型桥式转载机和一部SD2-150型胶带输送机及移动变电列车。

工作面顺槽、回风巷、切眼均沿煤层顶板布置，梯形断面，净断面积为10.14 m2，上净宽3.6 m、下净宽4.2 m，巷道中线处净高2.6 m；采用锚网锚杆（索）支护。

尚庄煤矿综采切眼一直以来采取先掘后扩即二次成巷工艺，第一阶段炮掘掘进巷道规格为：巷道上净宽3.6 m，下净宽4.2 m，净高2.6 m的小断面，锚杆+梯子梁+金属网+锚索支护，待切眼贯通、与顺槽和回风巷形成系统后，在切眼的两帮及中线靠胶带输送机或刮板输送机侧采用液压支柱与11#矿工钢各榴一列树，然后在切眼钉轨道，先期运输20～30 m架工作面液压支架到切眼靠老塘侧支护好顶板后，液压支架方向与切眼倾斜方向一致，再对开采侧进行第二阶段扩削，扩削时采用炮掘，利用煤掘期间的胶带输送机运输，使断面达到设计要求，第二阶段需扩削宽度为2.4 m，扩削后巷道规格为净宽5.8～6.0 m，净高2.6 m，支护与第一阶段相同的基础上，再在开帮侧榴一列树，切眼扩削分多个口子，每个口子相隔20～30 m，每小班一个口子削3 m，三个口共计9 m，每天27 m，需5～7天时间。该工艺存在劳动强度大，作业环境条件差，安全性差，为缓解采掘接替失调矛盾，减轻劳动强度，加快推进现代化高产高效矿井步伐，创造良好的安全条件，尚庄煤矿根据井下综采工作面切眼现有条件和实际情况，决定采用采煤机扩削工作面切眼。

2 施工工艺

2.1 采煤机扩削综采工作面切眼工艺

尚庄煤矿采用采煤机扩削综采切眼工艺，主要包括以下步骤：

（1）安装综采工作面乳化泵站和辅助绞车运输并在回风巷和切眼钉道，形成轨道运输系统；

（2）安装顺槽转载机、胶带输送机及移动变电列车，同时安装工作面两道的供风、供水等形成主要生产系统；

（3）切眼安装综采工作面刮板输送机、刮板输送机安装调试好后在机头位置安装采煤机。综采工作面刮板输送机安装时必须定好机头位置，确保液压支架安装时能与刮板输送机稳合，同时在切眼中线靠刮板输送机0.2 m处采用DZ28型液压支柱与11#矿工钢各榴一列树；切眼扩削支护所需的单体液压支护、11#矿工钢和锚杆运输到位；

（4）自机头向机尾方向下掉开采侧的帮锚杆托盘及锚网，并拆除切眼下段30 m的轨道后，采煤机自机头向机尾方向割开帮侧煤壁，控制扩削部分的高度在2.6 m左右，顶底板与原切眼顶底板保持平整，扩削割煤时每30 m一段，截深0.6 m，割煤后由机头向机尾方向推移刮板输送机，然后用3.0 m长的11#矿工钢配合单体液压支柱垂直于切眼以架棚方式由机头向机尾跟机临时支护，棚距0.5 m，顶板不平处用木料接实；

（5）扩第二刀和第三刀时，11#矿工字钢交替迈步前移进行支护，步距0.6 m，扩削宽度在1.4 m左右，确保扩削后宽度在5.0～5.2 m，即形成了垂直切眼方向横跨工作面刮板输送机在煤壁侧支护一棵单体液压支柱（贴帮柱），在刮板输送机挡煤板侧支设两棵单体液压支柱的工字钢棚；

（6）自机头向机尾方向及时施工顶锚杆支护即锚杆+金属菱形网+梯子梁支护，拆除工字钢棚支护，施工完锚杆后，继续用采煤机割煤，同时，开始从切眼上端下放液压支架到距机头20～30 m处，然后用慢速绞车下拖至安装点，连接好液压系统，液压支架升起，利用液压支架的平衡缸来调节支架的长度，作到液压支架的长度最小化，利于支架安装。综采工作面液压支架从机头向机尾依次安装，采煤机扩削与安装液压支架同时进行，但必须确保扩削点与液压支架安装地点之间距离不小于20 m。液压支架安装至一定位置时，切眼轨道逐步向上拆除，如此循环，直到切眼液压支架安装完成。工作面回撤出的工字钢和单体液压支柱转运两巷进行超前榴树；

（7）全部工程完成，进行联合试运转，精细化创建安全生产标准综采工作面。

2.2 切眼支护工艺

依照 《丰城矿务局关于加强井巷工程锚杆（索）锚喷支护技术管理的通知》规定，根据悬吊理论、组合拱理论、松动圈理论，经过计算，按照工程类比法和尚庄煤矿的实践经验，掘进巷道支护采用锚杆+金属菱形网+梯子梁+锚索联合支护。锚杆布置为方形，间距0.6 m、排距为0.7 m，锚杆使用长2300mm、直径20mm的等强右旋T形全程外螺纹钢锚杆，锚索布置为“口”字形，平行于巷道中线的列距3.0 m(距中线各1.5 m)，垂直于巷道方向的列距为1.4 m；锚索采用Φ17.8mm 1860级钢绞线，规格1mm×7mm×17.8mm（7股），锚索托梁采用18#槽钢，槽钢长度1.8 m，分三孔均匀布置锚索眼，锚索眼开孔直径为20mm，锚索眼距为0.7 m(两端锚索眼距槽钢端边为0.2 m)，梯子梁采用10mm的A3圆钢制作，网使用12#铁丝机编菱形网，网目40mm。锚杆角度：顶锚杆垂直顶板，靠近顶角的锚杆与铅垂偏帮20°夹角，顶板锚杆锚固力不小于120 kN，顶锚杆螺母扭矩不小于300 N·m，锚索锚固力不小于200 kN，锚索预紧力不小于180 kN，锚杆外露长度10～40mm。锚索露出锁具外长度150～250mm。

综采切眼一直以来采取先掘后扩方式，切眼扩削后采用锚杆+金属菱形网+梯子梁+锚索联合支护顶板，根据煤壁情况采取在煤壁上部施工1或2排帮锚杆护帮。

本次切眼扩削施工采取采煤机截割落煤，截割后及时用11#矿工钢梁和单体液压支柱按一梁三柱垂直切眼方向横跨工作面刮板输送机在煤壁侧支护一棵单体液压支柱（贴帮柱）、在刮板输送机挡煤板侧支设两棵单体液压支柱的工字钢棚，棚距：0.5 m ，然后在工字钢棚之间施工顶锚杆（不施工帮锚杆），采用锚杆+金属菱形网+梯子梁支护，同时撤出工字钢棚支护。切眼扩削后锚杆施工与原切眼掘进锚杆同排，锚杆间、排距：0.7 m×0.7 m，切眼扩削后支护质量要求与掘进质量等同。

3 应用效果分析

3.1 一次性掘进大断面切眼

（1）综采切眼安装液压支架的断面。在工作面切眼掘进时，采取一次性掘出宽6 m、净高2.6 m的综采工作面切眼安装所需的大断面，净断面积15.6 m2：每米消耗支护材料：锚杆28.57根、锚索7.14根，锚索托梁2.38块/m。

（2）存在问题。此方法存在掘进速度慢，掘进过程中危险度比较大，且需待工作面掘进完成后进行安装，掘进后与切眼安装之间时间较长，巷道易发生变形、损坏，需加强支护和再次进行维修，成本大，费用增加。

3.2 人工爆破扩削切眼

（1）综采切眼安装支架需要的宽度较大，为便于施工与有利于安全，尚庄煤矿常规采取先掘后扩即二次成巷工艺，第一阶段炮掘掘进巷道规格为：巷道上净宽3.6 m，下净宽4.2 m，净高2.6 m的小断面，锚杆+梯子梁+金属网+锚索支护，每米消耗：锚杆22.86根、锚索5.71根，锚索托梁4.29块，待切眼贯通、与顺槽和回风巷形成系统后，在切眼的两帮及中线靠胶带输送机或刮板输送机侧采用液压支柱与11#矿工钢各榴一列树，然后在切眼钉轨道，先期运输20～30 m架工作面液压支架到切眼靠老塘侧支护好顶板后，液压支架方向与切眼倾斜方向一致，再对开采侧进行第二阶段扩削，扩削时采用炮掘，利用煤掘期间的胶带输送机运输，使断面达到设计要求，第二阶段需扩削宽度为2.4 m，扩削后巷道规格为净宽5.8～6.0 m，净高2.6 m，支护与第一阶段相同的基础上，再在开帮侧榴一列树，扩削后每米消耗支护材料：锚杆22.86根、锚索5.71根，锚索托梁4.29块，切眼扩削分多个口子，每个口子相隔20～30 m，每小班一个口子削3 m，三个口共计9 m，每天27 m，需5～7天时间，每班作业人员40人，计120人/天，共计600人次。液压支架安装按3架/班，每班10人，计30人/天，计9架/天，需8天安装完成，共计300人次。

（2）存在问题。此方法存在扩削时需形成运输系统，扩削完成后需拆除切眼的原运输系统，且需等扩削后再安装工作面的刮板输送机和液压支架，时间相对较长，需加强支护，工期长、投入的人力、物力较多。

3.3 采煤机扩削切眼

（1）应用采煤机扩削综采切眼工艺，对顶板及围岩的震动、破坏小，巷道顶、帮平整，变形小，采面侧不用打帮锚，顶板不需锚索加强支护，只需锚杆支护即可，施工锚杆405根。

（2）在现场采煤机割煤时，割出30 m左右以后，一般安排2～3人打锚杆，工作面全部作业人员需只12人/班，安装综采支架每班12人。

（3）采煤机扩削与液压支架安装同时作业，扩削安装工期11天全部完成。

（4）存在问题

a、在采煤机在扩削前，需对采面侧金属锚杆和金属网支护进行拆网和下锚杆托盘，

b、采煤机在割煤过程中，产生的废旧锚杆，金属网等必须停机捡出，防止锚杆断裂、弯曲，磨损截齿，对采煤机截齿损伤和对人造成伤害，如断锚杆、网落入刮输送机内影响运输安全，对安全不利。

根据以上三种方法比较，综采切眼采用采煤机扩削工艺取得了显著的社会经济效益，主要为：

a、采用采煤机扩削工艺，对顶板及围岩的震动、破坏小，巷道顶、帮平整，变形小有利于顶板控制；

b、支护形式及支护效率更佳。常规人工爆破扩削前采用锚杆锚索与榴树联合支护，现采用采煤机扩削，扩削后可以马上安装综采支架，采面跨度小，围岩暴露时间短，采面侧不用打帮锚，只需采用锚杆支护即可，减少锚杆投入410根、锚索381索，锚索托梁127块，梯子梁和网各110 m，即减少材料消耗11万元；对后期开采的顶板垮落更有利、更安全，免去了采空区不来顶的问题。

c、避免了作业人员多带来的不安全因素，有利于安全生产。原常规人工爆破扩削，需多个口子多个单位同时扩削作业，每班40人左右，相互影响大，且不安全，现只需采煤二队和巷修队两个单位作业，每班作业人员12人，用工数量减小360人次，减少工资成本7.7万元。且多出的人员可去做其它工作。

d、采煤机扩削与液压支架安装同时作业，工期缩短一半。有效缓解了矿井生产接续紧张的局面。

4 结语

采煤机扩削综采切眼工艺在尚庄煤矿的成功应用，大大降低了支护材料成本，减少支护材料消耗11万，提高了综采切眼扩削和安装工程的综合工效，并实现了工作面安全快速安装，取得了显著的技术经济效益和社会效益，但在采煤机在扩削过程截割煤体时，因巷帮采用金属锚杆和金属网支护，需提前拆网和下锚杆托盘，且采煤机在割煤过程中，废旧锚杆、网对采煤机截齿损伤较大，易对人造成伤害，如断锚杆、网落入刮输送机内影响运输安全，对安全不利，有待改进，建议在掘进切眼时，在确保支护效果达到要求情况下，采用玻璃纤维锚杆和网支护煤壁。减小对采煤机和人员的损伤。