掘进工作面综掘机拐弯施工技术研究与应用

郭顺亮

(霍州煤电集团 李雅庄煤矿，山西 霍州 031400)

随着煤矿采掘装备不断升级，安全管理水平不断提高，施工工艺及装备向机械化、自动化、智能化、信息化、减人员、减头面方向发展，开掘巷道已实现综合机械化掘进，回采巷道切巷拐弯、准备巷道联巷施工也基本实现综合机械化掘进。本文结合霍州煤电集团李雅庄煤矿巷道拐弯实践，对巷道拐弯设计、施工工艺选择、综掘机拐弯施工效果等进行了分析。

1 巷道拐弯半径的选择

在巷道设计时根据“一巷多用、便于施工、节约高效”的设计理念，在保证通风、瓦斯抽采、防排水、运输、供电等系统构建需要的前提下尽可能降低施工难度。例如：准备巷道之间的联巷可以考虑斜联巷。根据巷道用途和所使用综掘机性能合理选择拐弯曲率半径。

1.1 巷道综掘机拐弯最小半径的选择

设巷道拐弯角度为∠a，综掘机长度L，宽度w，巷道宽度m=联巷宽度n，依据圆和等腰三角形的特性，则∠b=1/2∠a，∠BAO=∠BCO=∠EGO=∠EHO=90°，OA=OC=OD=r(拐弯半径)，利用直角ΔEGO求巷道拐弯半径(图1)：

r=(cosb·w+cosb·L/2·tanb-m)/(1-cosb)

(1)

该拐弯半径作为满足综掘机拐弯施工的最小半径值。

图1 巷道拐弯最小曲率计算示意图

1.2 巷道综掘机拐弯三角区扩刷长度的计算

由图1可知，三角区扩刷长度：

AB=BC=tanb·r

(2)

为了便于计算，设已掘巷道和待拐弯施工巷道宽度相同，若待拐弯巷道宽于已掘巷道，可适当减小拐弯计算半径；若待拐弯巷道窄于已掘巷道，可适当扩大拐弯计算半径，以保证综掘机能够顺利拐弯。

李雅庄煤矿现用综掘机尺寸见表1. 由表1可以看出，该矿现用的各类型综掘机宽度相同，因此，限制综掘拐弯半径的因素主要是综掘机长度。

表1 李雅庄煤矿现用各种综掘机尺寸表

2 45°及以下综掘机拐弯施工技术应用

2.1 工程实例

李雅庄煤矿八采区皮带一联巷作为皮带巷与回风巷之间的联络巷道，拐弯角度设计为44°，八采区皮带巷宽5.0 m、巷高4.3 m，联巷巷宽5.2 m、巷高4.3 m，均为直墙半圆拱形断面，巷道坡度0°，采用锚网梁索联合支护，使用一台徐工集团的EBZ-260型综掘机掘进拐弯施工，出渣方式为：综掘机→后配套皮带→巷道皮带。

2.2 拐弯施工工艺

1) 巷道拐弯半径及三角区扩刷长度的选择。

a) 依据式(1)和表1提供的数据以及巷道设计基本参数计算确定：综掘机拐弯的最小半径r不得小于7.53 m，考虑联巷稍宽于原巷道，取r=7.8 m.

b) 依据式(2)计算得：三角区扩刷长度不小于3.15 m，取AB=BC=3.2 m.

2) 巷道拐弯施工工艺流程。

计算确定拐弯半径并设计→按设计要求“两巷并一巷”施工巷道交叉三角区→八采区皮带巷掘进到位后封迎头停掘→退综掘机拐弯施工联巷、顺原巷道延长皮带→皮带机尾拉至封迎头处安装一部40T刮板输送机斜搭接，后配套皮带吊挂在顶板单轨吊梁上移动出渣→联巷施工结束后退综掘机恢复原巷道掘进。

3) 巷道拐弯施工相关要求及注意事项。

a) 联巷设计前，必须综合考虑巷道用途、通风、运输、供电、防排水系统构建需要及综掘机拐弯半径要求合理确定巷道拐弯半径和三角区扩刷长度。

b) 八采区皮带巷施工至三角区扩刷位置后，根据综掘机截割能力和设计拐弯半径“两巷并一巷”施工巷道交叉三角区一次成巷，直至联巷断面彻底留出后对原巷道封迎头开口施工皮带一联巷。

c) 巷道三角区施工期间必须提前根据拐弯半径确定巷道两侧中线，并严格按设计施工，保证拐弯曲线美观且符合设计要求。此区段施工巷道断面大，采用分两次截割，截割一半支护一半再截割另一半的方式进行掘进，确保顶板管理安全。

d) 联巷开口施工期间根据实际需要调整原巷道皮带机尾位置及缩短综掘机后配套皮带长度，便于出渣。

八采区皮带一联巷拐弯施工顺序及进度平面示意图见图2.

2.3 评价

该种施工顺序及工艺适用于拐弯角度在45°以下的巷道拐弯。巷道拐弯角度越小，越容易施工，不需要增加更多的运输设备，只要根据需要对原巷道皮带机尾和综掘机后配套皮带位置及长度进行调整就可以顺利出渣，从而实现快速掘进。

图2 八采区皮带一联巷施工顺序及进度平面示意图

3 45°～90°综掘机拐弯施工技术应用

3.1 工程实例

李雅庄煤矿八采区轨道二联巷作为轨道巷与回风巷之间的联络巷道，巷道拐弯角度设计为60°，八采区轨道巷宽5.0 m、巷高4.3 m，联巷巷宽5.0 m、巷高4.3 m，均为直墙半圆拱形断面，巷道坡度-2°，采用锚网梁索联合支护，使用一台徐工集团的EBZ-260型综掘机掘进拐弯施工，出渣方式为：综掘机→后配套皮带→巷道皮带。

3.2 拐弯施工工艺

1) 巷道拐弯半径及三角区扩刷长度的选择。

a) 依据式(1)和表1提供的数据以及巷道设计基本参数计算确定：综掘机拐弯的最小半径r不得小于7.97 m，取r=8.0 m.

b) 依据式(2)计算得，三角区扩刷长度不小于4.62 m，取AB=BC=4.8 m.

2) 巷道拐弯施工工艺流程。

计算确定拐弯半径并设计→按设计要求提前预留联巷开口位置→八采区轨道巷掘进到位后封迎头停掘→退综掘机拐弯施工联巷、顺原巷道安装一部40T刮板输送机、拆除综掘机后配套皮带→(综掘机彻底进入联巷后)拆40T刮板输送机，将皮带机尾移至封迎头处在联巷安装一部40T刮板输送机斜搭接，后配套皮带吊挂在顶板单轨吊梁上移动出渣→联巷施工结束后退综掘机恢复原巷道掘进。

3) 巷道拐弯施工相关要求及注意事项。

a) 联巷设计前，必须综合考虑巷道用途、通风、运输、供电、防排水系统构建需要及综掘机拐弯半径要求合理确定巷道拐弯半径和三角区扩刷长度。

b) 为减少支护材料投入并确保安全，八采区轨道巷施工至三角区扩刷位置后，联巷开口侧帮部根据需要挂网间隔施工锚杆，对帮部进行简易支护，直至联巷口全部留出后对原巷道封迎头，退机开口施工轨道二联巷。

c) 巷道三角区弧线段施工期间必须提前根据拐弯半径确定中线尺寸，并严格按设计施工，保证拐弯曲线美观且符合设计要求。

d) 联巷开口施工期间根据实际需要调整原巷道皮带机尾、40T刮板输送机位置及缩短综掘机后配套皮带长度，便于出渣。综掘机的管线必须专人看护，退机时专人观察，防止压到40T刮板输送机。

八采区轨道二联巷拐弯施工顺序及进度平面示意图见图3.

图3 八采区轨道二联巷施工顺序及进度平面示意图

3.3 评价

该施工顺序及工艺适用于拐弯角度在45°～90°的巷道拐弯。随着巷道拐弯角度的增大，施工难度增加，巷道拐弯初期需要在综掘机后顺巷道铺设一部40T刮板输送机，随着拐弯巷道的掘进，调整刮板输送机位置及方向，缓解搭接点的搭接角度，便于出渣调整，直到综掘机进入拐弯巷道且综掘机后可以顺拐弯巷道安装刮板输送机后才能实现出渣系统正常化。

4 90°综掘机拐弯施工技术应用

4.1 工程实例

李雅庄煤矿2-611切巷作为2-611综采工作面圈定的重要一步，巷道拐弯施工进度直接影响采面交替的采掘衔接进度。巷道设计在2-6112巷掘进到位后拐弯90°施工切巷，2-6112巷宽5.0 m、巷高3.9 m，2-611切巷巷宽5.0 m、巷高3.9 m，切巷扩刷后巷宽7.2 m，采用锚网梁索联合支护，使用一台中煤科工生产的EBZ-300Y型综掘机掘进拐弯施工，出渣方式为：综掘机→后配套皮带→巷道皮带。

4.2 拐弯施工工艺

1) 巷道拐弯半径及三角区扩刷长度的选择。

a) 依据式(1)和表1提供的数据以及巷道设计基本参数计算确定：综掘机拐弯的最小半径r不得小于8.52 m，取r=8.6 m.

b) 依据式(2)计算得，三角区扩刷长度不小于8.52 m，取AB=BC=8.6 m.

2) 巷道拐弯施工工艺流程。

计算确定拐弯半径并设计→按设计要求提前预留切巷开口位置→2-6112巷掘进到位后封迎头停掘→退综掘机拐弯施工切巷、顺2-6112巷道安装一部40T刮板输送机，随着切巷掘进逐步缩短至拆除综掘机后配套皮带→(综掘机彻底进入切巷后)拆40T刮板输送机，将皮带机尾移至封迎头处在切巷安装一部40T刮板输送机垂直搭接，后配套皮带吊挂在顶板单轨吊梁上移动出渣→切巷掘进具备安装皮带条件后将切巷刮板输送机更换成皮带出渣。

3) 巷道拐弯施工相关要求及注意事项。

a) 切巷设计前，必须综合考虑巷道用途、通风、综采工作面安装支架运输、供电、防排水系统构建需要及综掘机拐弯半径要求合理确定巷道拐弯半径和三角区扩刷长度。

b) 为减少支护材料投入并确保安全，2-6112巷施工至三角区扩刷位置后，切巷开口侧帮部根据需要挂网间隔施工锚杆，对帮部进行简易支护，直至切巷口全部留出后对2-6112巷封迎头，退机开口施工2-611切巷。

c) 巷道三角区弧线段施工期间必须提前根据拐弯半径确定中线尺寸，并严格按设计施工，保证拐弯曲线美观且符合设计要求。鉴于切巷贯通后将进行切巷扩刷工程，可以将切巷开口前8～10 m按切巷扩刷后的宽度7.2 m进行施工，扩大拐弯区域空间，便于综掘机顺利拐弯。

d) 切巷开口施工期间根据实际需要调整原巷道皮带机尾、40T刮板输送机位置及缩短综掘机后配套皮带长度，便于出渣。综掘机的管线必须专人看护，退机时专人观察，防止压到40T刮板输送机。

e) 综掘机拐弯后需根据顶板情况及时在切巷大断面区域施工点柱和顶板离层仪，加强顶板巡查监测，确保顶板管理安全。

2-611切巷拐弯施工顺序及进度平面示意图见图4.

图4 2-611切巷拐弯施工顺序及进度平面示意图

4.3 评价

该施工顺序及工艺适用于拐弯角度为90°的巷道拐弯。随着巷道拐弯角度的增大，施工难度增加，巷道拐弯初期需要在综掘机后顺巷道铺设一部40T刮板输送机，随着切巷的掘进调整刮板输送机方向并逐步缩短至拆除综掘机后配套皮带，缓解搭接点的搭接角度，便于出渣调整，直到综掘机进入拐弯巷道且综掘机后可以顺切巷安装刮板输送机后才能实现出渣系统正常化。

5 结 语

随着炮掘施工工艺逐步被替代，开掘巷道综合机械化开口、掘进、拐弯施工越来越多。巷道拐弯角度越大，综掘机拐弯施工难度越大，为了保证巷道综掘拐弯施工安全顺利进行，在设计时必须综合考虑巷道用途，通风、供排水、运输、供电等需要，结合矿井现有的掘进装备尺寸及能力等因素合理确定巷道拐弯角度、拐弯半径，施工期间根据需要合理对出渣运输系统进行形式、位置的调整，最大限度地缓解搭接点偏斜角度，只有保证正常的出渣运输系统，减小出渣难度，才能最大限度地实现正规循环生产组织，降低工人的劳动强度，实现快速安全掘进。