耙装机+掘进机前进斜切扩帮的实践与应用

林治国 张经龙 徐衍民

（汶上义桥煤矿有限责任公司，山东 济宁 272500）

传统情况下，回采工作面切眼导硐施工后，综采设备安装前需进行扩帮作业，确保满足安装综采设备需求的空间。扩帮掘进工艺一般采用钻爆法或掘进机截割法，施工速度直接影响设备的安装和采掘接续。因此选择劳动强度低、安全系数大、掘进工效高且工期短的施工方法，对提高经济效益实现安全接续极为有利。本文通过综掘施工切眼导硐后，创新性地采取掘进机前进式斜切截割破煤、截割部“摆煤”、耙装机后退式出煤相结合的扩帮掘进工艺，该工艺避免了二次安装皮带机和跑道，减少了工作量，降低了劳动强度，比传统综掘工艺和钻爆法施工更加快速和灵活，日平均进尺13m。

1 概况及背景

汶上义桥3307工作面切眼设计长度200m，沿煤层底板托顶煤掘进，煤层厚度约3.8～5m，切眼总宽度8600mm，回采工作面采用倾斜长壁采煤法布置，综采放顶煤工艺。导硐及扩帮掘进期间，均采用EBZ260D掘进机进行截割破煤，DSJ100型简易带式输送机运煤。

1.1 切眼导硐

切眼导硐断面规格为矩形，掘进宽度4200mm，掘进高度3700mm，掘进断面积15.54m2，巷道底板左右平齐，已与3307工作面轨道顺槽和胶带顺槽贯通。考虑到切眼长度仅有200m，若使用掘进机第二运输机，导硐开门施工50～60m后，需回撤开门耙装机并安装带式输送机储存皮带，剩余140m巷道掘进期间反复拉移跑道，工序繁琐，劳动强度大，故采取掘进机后跟耙装机的方式掘进。

1.2 切眼主动支护设计

3307工作面切眼顶部及两帮选用MSGLW-500/Φ22mm×2400mm左旋无纵肋螺纹钢锚杆，锚杆间排距为800mm×800mm，锚固力100kN，预紧力矩不小于200N·m。采用W形钢带配合锚杆支护，顶部采用W形钢带（规格为3mm×280mm×4300mm，6孔），切眼右帮采用W形钢带（3mm×280mm×2100mm，3孔），W形钢带间距2400mm。

顶部采用锚索+T型钢带进行加强支护。切眼导硐锚索规格为Φ21.6mm×4500mm，扩帮断面锚索规格为Φ21.6mm×6500mm，锚索间排距为1700mm×1600mm，每排3根。T型钢带规格为140mm×20mm×3800mm，锚索托盘规格为200mm×150mm×20mm，锚索托盘长边方向沿钢带方向，锚索与锚杆错排布置，预紧力不低于100kN。切眼导硐顶板取3根锚索，扩帮期间顶板取3根锚索，切眼顶板每排共布置6根锚索，导硐及扩帮巷中一根向两侧各布置一根。

1.3 切眼扩帮

1.3.1 扩帮断面设计

扩帮断面为平行四边形，沿煤层底板施工，巷道顶板平行于煤层底板，巷道底板左右倾斜15°，掘进宽度4400mm，掘进高度2500mm，掘进断面积11m2。扩帮后切眼跨度为8600mm，巷道断面积达到27m2。

1.3.2 扩帮期间被动支护设计

扩帮时采用单体液压支柱+铰接顶梁对切眼顶板加强支护。扩帮侧两排单体液压支柱型号为DWX35，导硐侧一排单体液压支柱点柱型号为DWX45。点柱每间隔1000mm支设一排，每排3棵。切眼导硐中心线向左偏100mm为右侧一排单体，切眼导硐中心线向左偏2700mm为中间一排单体，切眼导硐中心线向左偏4650mm为左侧一排单体。每棵单体液压支柱配一根1.0m铰接顶梁。中间一排单体+铰接顶梁滞后扩帮掘进工作面不大于15m，切眼下帮侧一排单体+铰接顶梁超前中间一排单体支护，滞后掘进机不大于2m，切眼上帮侧一排单体+铰接顶梁超前扩帮掘进工作面不小于20m。如图1所示。

1.3.3 掘进机规格

EBZ260D 掘进机能实现连续切割、装载、运输作业，截割硬度不大于 110MPa，爬坡能力±18°。该掘进机长15.5m，最宽处宽2.6m，最凸处高2.1m，截割最大面积为 39.5m2。

图1 扩帮后锚索+单体支护(储煤通道)示意图

2 切眼扩帮施工

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进行综掘扩帮或安装耙装机进行钻爆法扩帮。但是该方案工作量大，工期长，受制于扩帮断面的规格和掘进机的尺寸，采用普通的综掘工艺，无法满足相应的安全间隙。

2.1 创新扩帮施工方法

扩帮采用掘进机前进式截割破煤、截割部由右向左“摆煤”、耙装机出煤相结合的掘进工艺。耙装机安装在切眼导硐侧，扩帮掘进工作面上山方向，由里向外机掘扩帮，耙装机后退式移机。

2.1.1 移机工艺

（1）耙装机分段后退，掘进机逐排向前扩帮，耙装机距扩帮掘进工作面最小距离为3m，最大距离为45m，分段长度以35～45m为宜。

（2）采用JH-14单速绞车配合绳径不小于18.5mm的钢丝绳向后拖运耙装机。

（3）耙装机后退至合适位置稳固后，立即支设切眼导硐侧超前单体，确保耙装机出绳方向与超前单体支设方向平行并居于超前单体与煤壁之间。使用厚50mm的木板配合铺设在单体液压支柱上，形成高1500mm的耙斗出煤通道，柔性储存扩帮掘进工作面煤矸。

（4）掘进至最小耙装距离后，掘进机停靠在迎头，后退耙装机。

（5）后退耙装机时使用皮带电铃联系。

2.1.2 扩帮掘进工艺

（1）掘进机前进式斜切进刀，掘进机司机始终处于切眼导硐内，确保掘进机司机安全退路通畅。如图2、图3所示。

（2）耙装机在超前单体出煤通道内运行，尾轮固定在导硐顶板上。

（3）掘进机每循环截割进尺1.6m，掘进施工两排后，使用截割头由右向左反复“摆煤”，确保煤矸被摆至出煤通道内。耙装受限时前移掘进机，铲板将截割头摆出的煤矸推铲至出煤通道内。

（4）出煤后，掘进机退出迎头3～5m，进行前探梁临时支护。

（5）受限于掘进机长度和高度，帮部支护滞后迎头不大于6排锚杆，空帮高度不超过2000mm，围岩松软或破碎时必须及时支护。

（6）扩帮工艺流程：交接班检查、准备→掘进机割煤→截割头反复摆煤，掘进机向前推铲煤→耙装机出煤→掘进机退机→临时支护→永久支护→支设掘进机后单体。

图2 斜切施工模拟图

图3 斜切施工示意图

2.2 施工管理

（1）扩帮作业前，由跟班副区长安排专人将切眼导硐侧巷道底板清理至岩石底板，以底板确定扩帮高度。在扩帮工作面右帮顶部标记轮廓线，以便掘进机司机按轮廓线截割。

（2）扩帮作业前，卸下切眼导硐扩帮侧原支护锚杆托盘并拆网，每次不得超过3排。

（3）因扩帮巷高低于导硐巷高，若扩帮侧顶板有冒落倾向时必须施工前探锚杆维护顶板。

（4）耙装机作业时，人员要躲避到安全地点，严禁在耙斗运行范围内停留、通过或作业。若需在扩帮迎头后平行作业时，距离耙装机尾轮不小于5m处拉设警戒牌，人员躲开警戒牌2m以上。

（5）耙装与掘进工作面打眼、支护、掘进机截割等平行作业。

① 耙装机照明必须完好，机械、电气部分必须完整、可靠，聚乙烯牵引绳完好、尾轮固定牢固。

② 沿切眼导硐下帮（扩帮侧）拉设警戒牌，人员作业时躲开警戒牌2m以上，严禁人员进入耙斗运行区域。

③ 尾轮固定在Φ18×64mm圆环链上，链子两端采用锚杆固定在出煤通道顶板上，扩帮掘进工作面后不大于2m的位置。

④ 人员进出时要提前发出信号，司机发现信号后要及时停机断电，并向对方发出安全信号后，人员方可行走。

（6）调机、退机时每次拆除不大于5棵障碍单体，调整完掘进机后及时补打单体。

3 掘进机前进式斜切扩帮的优缺点

3.1 施工方案的优点

（1）与钻爆法扩帮相比，降低了放炮震动对巷道围岩及支护的破坏，有利于托顶煤掘进；减少打眼、装药及爆破工序，节约工时，充分发挥了掘进机快速高效的优点。

（2）与掘进机截割扩帮相比，可以利用切眼导硐简易带式输送机，无需重新安装带式输送机，降低了劳动强度。

（3）掘进机在切眼导硐内进行斜切扩帮，司机始终在导硐已施工区域，安全空间畅通，适用于矮断面综掘施工。

（4）耙装机后退后，集中支设超前单体，在单体之间安设木板形成“挡煤墙”，该出煤通道既能出煤又能储煤，且截割部边摆煤耙装机边出煤，提高了出煤效率。

（5）耙装机配合掘进机出煤，可避免反复回撤耙装机、皮带机和跑道，适用于短距离掘进。

（6）扩帮期间，耙装机在掘进机前方，可以集中人员在掘进机后方支设或调整单体，提高了安全系数及工效。

（7）相较于3305工作面切眼，跨度增大1600mm，支护强度大，施工难度大。3305工作面切眼综掘扩帮期间班平均进尺3.6m，3305工作面外切眼钻爆法扩帮期间班平均进尺2m，3307工作面切眼扩帮采用此工艺，班平均进尺4.8m，工效显著提高。

3.2 存在的问题及改进方向

（1）掘进机截割部由左向右“摆煤”，由于“摆煤”量超过耙斗的装载量，铲板推铲过程中，部分煤易越过铲板边沿“淤淌”至履带下，需增大耙斗装载量或加高铲板边沿增加铲板容煤量。

（2）由于掘进机机身长，为支护帮部，掘进机需频繁退机，需反复回撤掘进机后的3～4棵单体液压支柱。因此，在锚索紧跟迎头的情况下，单体滞后扩帮工作面不大于15m调整为不大于17m。

（3）扩帮断面巷道仅有2.5m高，而掘进机机身高度就有2.1m，掘进机司机需在导硐侧操作，视线受阻，巷道帮部成型难以控制，安设激光指向仪标定帮部轮廓来化解此问题。

4 结论

汶上义桥煤矿打破传统扩帮方式，采用耙装机在前、掘进机在后、耙装机后退式移机、掘进机前进式斜切方案是安全、经济和科学的，掘进工效显著提高，比原计划提前一周结束扩帮作业，具有工艺简单，操作简便，劳动强度低，施工速度快，作业安全等特点，为切眼快速高效扩帮提供了经验。