掘进机后退式斜切扩帮工艺的应用

吴士全 徐衍民 张经龙

（汶上义桥煤矿有限责任公司，山东 济宁 272500）

通常情况下，采煤工作面切眼小断面即导硐施工后，采煤设备安装前需进行二次扩帮，以满足综采设备安装的空间需求[1]。切眼扩帮一般采用钻爆法或掘进机截割法，扩帮速度直接影响设备的安装工期和采掘接续[2]。选择安全系数大、掘进工效高且掘进工期短的施工方案，对于矿井安全接续和经济效益有极大的正相关影响。本文通过实践总结，综掘施工切眼小断面后，采用掘进机后退式分段对采煤工作面进行斜切扩帮作业，该方案避免重复支设单体液压支柱对顶板的破坏，避免二次安装皮带机和跑道，减少了工作量，降低了劳动强度，充分发挥了掘进机快速灵活掘进的特点，比传统钻爆法扩帮提前8d时间具备了综采设备安装条件。

1 概况

汶上义桥煤矿有限责任公司4308工作面切眼设计长度190m，沿煤层顶、底板施工，施工坡度约为5°，采用倾斜长壁采煤法布置工作面，一次采全高方式采煤。煤层顶板为灰白色细砂岩和灰色粉砂岩、底板为深灰色砂质泥岩和浅灰色细砂岩。

1.1 切眼导硐

切眼小断面规格为矩形，已与4308工作面上、下顺槽贯通，小断面掘进宽度4000mm，掘进高度约为3200mm（沿煤层顶底板施工），掘进断面面积12.8m2。切眼导硐掘进期间使用EBZ-160掘进机进行破煤，采用DSJ80/40型皮带机运煤。

1.2 切眼导硐支护设计

切眼顶部永久支护选用MSGLD-335/Φ20×2500mm等强螺纹钢锚杆，帮部选用MSGLD-335/φ20×2100mm等强螺纹钢锚杆，锚杆间排距为800×800mm，锚固力50kN。顶部采用锚索+槽钢加强支护，锚索规格为Φ15.24×5000mm，槽钢规格为14#×3800mm，锚索间排距为1700×3200mm，每排布置三根锚索。

1.3 切眼扩帮

扩帮断面为矩形，掘进宽度3000mm，掘进高度4000mm（顶部沿顶），扩帮后切眼跨度为7000mm。切眼扩帮支护方式如下：

锚杆支护与切眼导硐支护一致，锚索+槽钢沿扩帮施工方向，在扩帮中心线纵向布置，锚索间距为1700mm。

扩帮期间，采用单体液压支柱配合1000mm铰接顶梁对切眼顶板进行加强支护。单体型号为DZ45液压单体，沿扩帮后巷道中线两侧各1200mm处打设，单体间距为1000mm，单体上部挂1000mm铰接顶梁（横向布置），底部穿铁鞋，单体迎山有力，迎山角为1°～2°，初撑力不低于90kN。验收员每班对工作面单体支设质量进行检查，使用单体测压表对单体初撑力进行检测（支柱不大于10棵时，每棵进行检测；支柱大于10棵时，每班抽检不小于10棵）。扩帮后支护示意图如图1所示。

图1 扩帮后支护示意图(单位：mm)

2 切眼扩帮施工工艺

传统扩帮方法是待切眼导硐与上下顺槽贯通后，拆卸掘进机重新安装皮带机和耙装机进行钻爆法扩帮[3]，但是该方案工作量大，延长施工工期。

2.1 掘进机后退式斜切扩帮

（1）采用掘进机分段后退，再逐排向前斜切扩帮，分段距离不得大于50m，分段长度以35～45m为宜。

（2）施工工艺：按分段长度退掘进机、退跑道→打设左帮（切眼导硐侧）单体→拆除右帮（扩帮侧）锚网支护→掘进机斜切入刀掘进扩帮→临时支护→永久支护→牵引跑道→掘进。

（3）每段向前掘进到位后，退掘进机、退跑道，打设右帮单体，进入下一段施工。后退斜切施工示意图如图2所示。

图2 后退斜切施工示意图

2.2 施工管理

（1）在掘进机后方安装一台JSDB-12稳车，后退跑道时使用该稳车配合绳径不小于15.5mm的钢丝绳牵引掘进机跑道。牵引跑道时可使用皮带电铃作为信号，皮带、稳车牵引采用1套信号装置时，“1声”为停止，“2声”为皮带运行，“3声”为稳车紧绳，“4声”为稳车松绳。

（2）在不影响掘进机斜切进刀的情况下，尽量缩短支设的左帮单体至掘进机的距离，一般不得大于6m。

（3）每分段施工结束，退机后，必须及时支设右帮单体，该侧单体距未扩帮实体煤壁不大于2m。

（3）掘进机截割前拆除右帮原支护轧花网，每次不得超过4排锚杆，每次截割循环进尺不得超过3排锚杆。

（4）轧花平网整体拆除，使用铁丝或前探梁固定在已施工巷道顶部，截割完毕后使用该轧花网支护扩帮侧巷道顶板。

（5）掘进机截割时，在掘进机前方不小于10m的位置拉设警戒线，挂设警戒牌，防止人员进入掘进机截割危险区域。

（6）斜切进刀三角区，扩帮侧未成巷段，距离顶板1～1.5m处在煤壁上打设锚杆挂网进行临时支护，防止煤壁片帮。

3 掘进机后退斜切扩帮的优缺点

3.1 相较传统钻爆法施工方案的优点

（1）与炮掘扩帮相比，有效地减小了放炮对巷道围岩及支护的破坏，适用压力大、跨度大的切眼扩帮。

（2）与地质条件、支护设计相似的4302工作面、4306工作面炮掘扩帮相比，4308工作面扩帮宽度比4302工作面扩帮宽度超700mm，炮掘每班平均进尺四排即3.6m，采用此工艺每班平均进尺6排即5.4m，与炮掘相比减少了打眼放炮的时间，可以极大提高扩帮工效。

（3）可集中对单体进行支护，避免了每班人员分散进行单体支护，也解决了炮掘崩坏单体的问题，提高了安全系数及工效，减少了班组人员定额。

（4）与炮掘扩帮相比，掘进机截割时减少了对煤壁的的震动，成型易控制。

（5）切眼导硐施工结束后，可使用原皮带机出煤，而且掘进机可实现边截割边出煤，充分利用了掘进机快速高效的优点。

（6）在单体之间安设木板，有效减少了扩帮期间破煤的洒落面积，有利于出煤的快捷，减轻了工作劳动强度。

（7）整体拆除原巷道帮部支护轧花网，对扩帮处顶板支护，简化了临时支护工艺，提高了临时支护安全系数，节约了支护材料。

3.2 存在的问题及改进方向

（1）掘进机斜切进刀时，掘进机二运卸载点与皮带搭接处出煤不顺畅，易撒煤，因此每段长度不宜过大，且需在搭接处采取防煤矸洒落措施。

（2）掘进机进入扩帮侧时，因掘进机偏离皮带中心线角度较大，掘进机在跑道行进过程中容易掉道。因此需加宽跑道边沿宽度或采用“双板”跑道限位固定二运滚轮。

4 结论

汶上义桥煤矿有限责任公司打破传统的切眼扩帮方式，采用掘进机后退斜切扩帮方案，较传统炮掘施工，掘进工效提高两倍，具有工艺简单、劳动强度低、施工速度快、作业安全等特点，为今后切眼快速高效扩帮提供了宝贵的实践经验。