2401皮带顺槽大断面煤巷掘进施工工艺

陈建勇

（山西宏宇诚铸建设工程有限公司，山西 朔州 038300）

马道头煤业属于千万吨矿井，矿井每年新掘进巷道2万米左右。由于开采的煤层厚，巷道掘进断面大，存在掘进效率低下、采掘接替矛盾突出、作业人员进入到作业面耗时长等问题，影响工作效率[1]。如何在矿井现有设备条件下提升巷道掘进效率，是矿井生产过程中急需解决的问题。根据矿井实际情况，提出采用机械化措施提升矿井掘进效率，针对厚煤层围岩控制困难问题，提出强顶板支护措施，现场应用效果显著。

1 工程概述

北四盘区2401皮带顺槽主要用于8401采面运输、行人等，设计长度1238.62m，沿3-5#煤层底板掘进。3-5#煤层全厚度18.48～21.35m，均值20.15m，含1-7层炭质泥岩夹矸，结构复杂。3-5#煤层瓦斯含量低，煤层为自燃煤层，煤尘具有爆炸性。巷道位置关系如图1所示。

图1 掘进巷道位置关系

根据钻探资料，2401皮带顺槽掘进范围内的3-5号煤层赋存稳定，位于一单斜构造（倾向287°，走向17°），煤层倾角在3°左右，煤层底板从巷道开口处开始逐渐下降。依据地震勘探资料，2401皮带顺槽掘进范围内构造简单，在巷道掘进前方存在DFN75逆断层（H=0～5m），在该断层影响下，附近煤层、岩层破碎，给巷道掘进及支护带来一定影响。

2 巷道掘进施工工艺

2.1 掘进工艺

2401皮带顺槽掘进采用综掘方式，煤矸石采用带式输送机运送。掘进工艺流程为：掘进前安全检查→综掘机割煤→煤、矸石装运→安全检查→掘进面临时支护→永久支护→带式输送机延伸。

2.2 掘进方式

掘进机（EBZ-200）从迎头左下角开始，进到截割头钻进煤层1m后，掘进机铲板下方与巷道底板密贴作为前支承点，将掘进机后支撑部下方与底板贴合作为后支撑点。按照预先设计的截割顺序，对掘机面煤岩层进行截割，形成矩形断面。在对上部悬露顶板进行临时支护后，再次启动掘进机从迎头左下角进刀，进尺量为1m，铲板以及后支撑部依次下放作为综掘机支撑点，按照设计顺序完成对掘进迎头下部煤岩体截割。在对迎头下部煤岩体截割时，巷帮位置垂直切割，底板水平切割，直至与仰头上部平直。依次循环完成对巷道迎头煤岩体截割[2-4]。

2.3 装载与运输

煤、岩石装载和运输通过转载机与带式输送机相结合方式，材料、设备等运输使用无轨胶轮车运输[5-7]。输送方式如表1所示。

（1）运煤（岩）路线

前期：ZL16EFB防爆装载机装煤（岩）→北四盘区皮带巷300m固定皮带→北四盘区一联巷涡轮皮带→北四盘区辅运巷DSJ 1000皮带→主斜井强力皮带→地面。

后期：EBZ-200综掘机系统→北四区盘2401皮带顺槽DSJ 800皮带→北四皮带巷DSJ 1000皮带→主斜井强力皮带→地面。

表1 装载、运输设备及运输方式

（2）人员进、出工作面方式及物料运输

① 人员进、出工作面方式。所有施工人员进、出工作面统一乘坐WC20R（A）型无轨胶轮车。

② 物料运输。物料采用WC3J型无轨胶轮车从地面运输至掘进工作面，具体的运输线路为：

前期：地面→副斜井井筒/下料孔→运输大巷→北四盘区辅运巷→联巷→盘区皮带运输巷→2401皮带运输顺槽→掘进工作面。

后期：地面→副斜井井筒/下料孔→运输大巷→盘区辅助运输巷→辅运联巷→2401皮带运输顺槽→掘进工作面。

2.4 巷道支护方式

（1）临时支护方式

掘进临时支护采用机载前探梁，控顶距控制在0.3～1.2m间，下两排锚杆滞后工作面不大于15m，煤壁破碎时紧跟掘进工作面。喷浆段初喷紧跟工作面，复喷允许滞后40m。工作面备用四根滑移前探梁及相应的枕木和木楔作为备用临时支护。

（2）永久支护

锚杆：规格为Φ22mm×2400mm螺纹钢锚杆，顶板及巷帮间排距分别为800mm×900mm、1000mm×900mm，锚杆支护采用规格为130mm×130mm×10mm钢托盘，锚固剂采用2支，型号为MSK2360及MSZ2360。锚杆锚固总长1500mm，其中MSZ2360锚固剂在锚杆外端、MSK2360锚固剂锚固锚杆里端，施加预紧力控制在220N·m以上，锚固力不低于150kN，巷道底部两排锚杆支护滞后迎头不超过15m。

锚索：中间组合锚索（五孔）规格为Ф17.8mm预应力钢绞线，1#：L=10300mm，2#～5#：L=8300mm，钢托盘600×600×16mm；两侧锚索为Φ17.8×8300mm钢绞线，布置方式为二二，钢托盘250×250×16mm，间、排距均为1800mm。

巷道顶板角锚索为Ф17.8×4500mm钢绞线，布置方式采用二二方式，间距5000mm，排距1800mm，并呈现60°外插角。每根锚索采用3支锚固剂，锚固总长2.1m，1支MSK2360锚固剂锚固锚索里端，2支MSZ2360锚固剂锚固锚索外端，锚索预先施加张紧力控制在15t以上，抗拔力在27t以上。

金属网：顶部均选用Φ6mm的冷拔钢丝焊接加工制作，规格2400×1200mm，网格为100×100mm，网片搭接≥200mm。帮部采用8#钢筋制作而成菱形网，网片间搭接长度控制在200mm左右，并用16#号铁丝绑扎。

W钢带：顶板选用规格5200×250×3mm的W型钢带，孔距900mm，帮部W型钢护板规格为450×250×5mm。

底板硬化及水沟：铺设混凝土厚度100mm，砼强度等级均为C30。具体永久支护设计如图2所示。

图2 巷道永久支护设计

3 结语

2401皮带顺槽掘进采用综掘作业，行人以及材料运输采用无轨胶轮车，掘进工作面的机械化、自动化程度高，巷道掘进、煤矸运输、人员工作以及材料运输效率都得到显著提升。掘进工作面沿3-5煤层底板掘进，针对巷道围岩性质提出的巷道围岩控制方案在确保围岩稳定基础上减少了巷道支护工作量。采用提出的掘进方案以及围岩控制措施后，井下作业人员从地面到作业场所耗时从以往1.2h缩短至45min，巷道月掘进量保持在480m左右，保持了较高的掘进速度。