掘锚一体机在三软煤层巷道施工中的应用

宋国忠 安昌辉 丁树丛

（1.通用技术集团工程设计有限公司，山东 济南 250031；2.内蒙古伊泰煤炭股份有限公司塔拉壕煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

塔拉壕煤矿为典型的三软地层，原设计采用综掘机施工煤层巷道。为了提高掘进速度，购置MB670型掘锚一体机进行试验。试验3个月，平均施工速度395m/月，远低于大柳塔煤矿正常掘进速度1600m/月[1]。本文通过分析影响因素，提出改进措施，提高了巷道施工速度。

1 工程地质条件

塔拉壕煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市东胜区，设计生产能力6.00Mt/a。含煤地层为侏罗系中下统延安组，地层倾角一般0～3°，未发现落差10m以上的断层。目前开采2、3煤层，煤层及顶底板抗压强度绝大部分小于30MPa，岩石的抗压强度很低，是典型的三软煤层，煤层埋藏深度100～330m。

3煤层厚度0.31～5.48m，平均3.22m。顶板主要为砂质泥岩和粉砂岩，局部为细粒砂岩，底板主要为砂质泥岩。顶底板岩石的孔隙率1.62%～28.86%，含 水 率 0.08%～6.13%， 吸 水 率 0.93%～12.44%，吸水状态抗压强度0.99～8.29MPa，自然状态抗压强度 2.60～43.40MPa（平均 15.07MPa），软化系数 0.06～0.52，抗拉强度 0.20～4.50MPa，抗剪强度0.14～36.20MPa。多数岩石遇水后软化变形，甚至崩解破坏，岩石的软化系数全部小于0.75，软化性强，抗水、抗风化能力弱，工程地质性质较差。自然状态下岩石的节理裂隙不太发育，岩芯较完整，但岩石易风化，岩石质量指标（RQD）值较低，为15%～66%，平均53%，岩体质量指标值（M）为0.0013～0.095，平均0.027。自然状态下岩石的质量等级为Ⅳ级，岩体完整性差；岩体质量等级为Ⅳ级，岩体质量差。

2 巷道布置及支护参数

煤矿采用斜井+分煤层大巷的开拓方式，大巷两侧布置回采工作面，工作面顺槽采用双巷布置，沿空留巷服务下一个区段。

掘锚一体机施工3101工作面主运顺槽。顺槽设计总长度4920m，均沿煤层顶板掘进，局部煤层厚度小于巷道高度时破底施工。采用矩形断面，净宽5.2m，净高3.4m。采用锚网索联合支护，参数如下：

（1）顶部采用Ф20×2500mm左旋螺纹钢锚杆，五花布置，间排距为900×1000mm，每排6根锚杆配合梯子梁，在左右两侧肩窝的两根锚杆配合钢带托盘进行支护。

（2）非回采帮部采用Ф18×1800mm左旋螺纹钢锚杆，五花布置，间排距为900×1000mm，每排3根，破底量大时帮锚杆增加为4根。

（3）回采帮部采用Ф27×2100mm玻璃钢锚杆，五花布置，间排距为900×1000mm，每排3根，破底量大时帮锚杆变更为4根。

（4）顶部锚索采用Ф21.8×7300mm锚索，间距1800×2000mm。

3 主要施工设备

掘锚一体施工主要设备见表1。

表1 掘进工作面配套设备表

4 掘进速度及影响因素分析

掘锚一体机前三个月平均速度395m/月，远低于一般煤矿600～700 m/月的掘进速度。现场观察、记录、分析，主要有三方面因素影响掘进速度：

（1）顺槽层位不合理。按常规设计顺槽布置在煤层中，沿煤层顶板少量破底掘进，实际揭露发现顶板稳定性差，易冒落。

（2）支护参数不合理。锚杆锚索五花布置，如图1所示。间距1.0m，排距0.9m，支护步距0.4m。百米定位支护次数100/0.4=250次。

（3）掘锚一体机移动困难。掘锚一体机重103t，采用履带行走，尽管降低了对底板抗压强度和完整性要求，软底巷道一般可以通过，但3101工作面主运顺槽有积水，导致软岩底板泥化，引起掘锚一体机倾斜、沉陷，导致移动困难。

图1 原设计支护布置图

5 改进措施

（1）微调顺槽层位。现场经过多次试验，确定留0.5m的顶煤后，顶板漏冒问题基本解决，顺槽层位下调0.5m。

（2）优化支护参数。锚杆锚索矩形布置，如图2所示，间距0.9m，排距1.0m。在支护强度不变的前提下，缩小间距，增大排距，减少了停机次数。百米定位支护次数100/1.0=100次。停机定位支护次数降低了60%。

图2 改进后支护图

（3）取消电动潜水泵。改用FQWW35-18型风动潜水泵，该潜水泵吸水高度低，对于较少量的积水也能够迅速排出，以压缩空气为动力，避免了电动潜水泵空转烧电机的问题。

（4）封闭顶煤减少风化。在掘锚一体机后方20～40m距离向顺槽顶板喷射一层厚30～50mm混凝土，用来封闭顶煤，减少风化。封闭后顶板完整，避免了风化引起局部冒落的问题，减少了后部巷道维护影响掘进施工的问题。

6 应用效果

（1）改进施工工艺后，掘锚一体机施工巷道平均速度达到554m/月，最快达到810m/月，掘进速度提高40.3%。

（2）按每班作业人数为12人，每人月工资1万元计算，每米巷道节省人工成本260元/m，每年每个掘进工作面可节省人工成本172.5万元。

（3）工作面设计的顺槽长3000～5000m，掘进速度提高后，接续紧张的局面明显缓解。