深埋强矿压煤巷快速掘进技术优化研究

刘永强

（中天合创能源有限责任公司葫芦素煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017300）

近年来随着矿井逐步向高产高效模式发展，对回采及准备巷道的开拓速度也相应提出了更高要求，为了适应高产高效综采工作面接替需要，煤巷快速掘进势在必行。从全国煤矿煤巷高效快速掘进来看，主要有以下三种类型：第一种为煤巷综合机械化掘进，目前已在煤矿开采中得到了广泛应用；第二种为连续采煤机及其后配套设备掘进，主要在神东矿区及鄂尔多斯地区进行了推广应用；第三种为掘锚机及其后配套设备掘进，掘锚机将掘进与支护融合在同一台设备上完成，代表了当今世界上单巷高效掘进设备的最高技术水平，是高产高效矿井重要的组成部分。

一、试验区情况

葫芦素煤矿于2014 年引进了奥地利山特维克公司生产的MB670-261型掘锚机，掘锚及后配套设备布置在21102 工作面运输巷进行施工。根据地质勘探报告，葫芦素煤矿21102 首采工作面煤层顶、底板条件较差，掘进区段2-1 煤厚约为2.50～3.00m，形态为一向北西倾斜的单斜构造，地层倾角一般为1～3°，局部可达6～8°，一般不含夹矸或局部含1～3层夹矸的实际情况；且煤层直接顶为灰白色粉砂岩、砂质泥岩，厚度约2.92～19.2m，含有大量的植物化石，底板为灰黑色砂质泥岩或灰白色细砂岩。同时21102 工作面运输巷掘进区段内水文地质情况复杂，顶、底板岩石含裂隙水，局部锚杆、锚索滴、淋、渗水较大，底板水较充沛。为了进一步提高煤巷掘进效率，通过对神东矿区及呼吉尔特矿区周边矿井生产实际进行考察，结合葫芦素矿井井下实际情况，针对葫芦素矿井复杂地质条件，对煤巷掘进工艺、设备配套、施工组织及经营管理等方面进行了完善和优化，并取得了显著效果。

二、煤巷快速掘进施工工艺

（一）回采工作面巷道布置

掘锚成套设备首次用于葫芦素矿首采工作面21102 工作面运输巷掘进作业。巷道主要技术参数：运输巷设计为矩形断面，断面尺寸为宽×高：5.4m×2.8m。巷道锚杆布置为矩形，间排距为1000mm×1000mm，顶部锚杆采用φ20mm×2200mm 车丝螺纹钢锚杆支护，回采侧帮部采用φ20mm×2200mm 左旋等强螺纹钢锚杆支护，非回采侧帮部采用φ24mm×2700mm 的玻璃钢锚杆支护。

（二）掘进工作面设备及后配套

掘锚施工工作面设备主要包括：掘锚机、连运一号车、单臂锚杆机、带式输送机、移动变电站、局部通风机等组成。

（三）掘锚机掘进及支护工艺

掘进工作面采、装、运、支生产工序，使用MB670-261 型掘锚机一次成巷掘进。掘进工作面煤炭的破、落、装、及巷道的支护均由MB670-261掘锚机来完成，JLY1000/340 型连运一号车和DSJ100/80/220 胶带输送机来完成运煤工序，防爆无轨胶轮车完成材料及小型设备的运送、搬移。掘锚循环进尺为1000mm，每割一循环后用掘锚机自身锚杆机进行顶、帮支护，按设计要求每掘进3000mm 支护一排锚索。掘锚机尾部后巷道未支护的底角锚杆及顶部锚索及时采用单臂锚杆机及手持式气动锚杆机支护完成。

三、掘锚快速掘进影响因素分析

葫芦素煤矿煤层埋藏较深，煤层直接顶为灰白色粉砂岩、砂质泥岩，含有大量的植物化石，底板为灰黑色砂质泥岩或灰白色细砂岩。在顶底板强度较低，顶板局部破碎且有淋水、底板遇水极易软化、泥化且局部底鼓，两帮片帮严重条件下，影响掘锚机快速掘进的因素主要有以下几个方面：

（一）掘锚机单巷道掘进施工，设备笨重，对煤层起伏变化较大区域适应性差，掘锚机上坡或下坡过程中坡度（坡度>6°）变化幅度大时，一号连运车二运皮带极易被顶板锚索或锚杆卡死。在煤层起伏较大时，由于掘锚机坡度变化适应性差导致割顶板或底板岩石，严重影响掘进效率。

（二）受掘锚机机身长度影响（长度为11.3m），开掘探水硐室调机与支护难度大，严重影响掘进支护速度。

（三）巷道带式输送机延伸次数频繁，几乎每天都需要延伸一次，影响工作面有效掘进时间。

（四）巷道底板强度低，遇水软化，两帮片帮严重（最宽达到1m以上），严重影响割煤和支护效率。

（五）受掘锚机支护臂摆臂角度存在死角，无法满足巷道支护设计，支护难度大；顶部钢筋网片采用2 片2.8m×1.2m，备料及安装网片工序多且绑扎频繁，影响支护效率。

（六）作业人员对设备的操作熟练程度和检修能力，对工作面快速掘进也有着重要影响。

（七）后配套五建二处劳务人员流失周期性大，人员不稳定影响施工进度。

（八）在经营管理不完善与激励制度的缺乏方面，对工人积极性与主动性亦有重要影响，从而影响快速掘进的整体效率。

四、提高掘锚快速掘进的措施

为了实现葫芦素煤矿早日投产，且受整个煤炭市场供过于求及经济疲软影响，最大限度地提高煤巷掘进速度，确保煤矿按计划投产，以保证后期高产高效综采工作面生产接续需要。中煤集团、中天合创公司及矿对影响工作面快速掘进的因素，深入一线对掘进工作面进行了跟踪分析和研究，采取一系列的措施，为提高掘锚工作面快速掘进奠定了坚实的基础。

（一）优化巷道断面尺寸及支护参数

1.由于掘锚机割煤一次成巷，为了减小巷道断面尺寸及便于施工，将巷道由原设计尺寸5.5m×2.8m变更为5.4m×2.8m，进一步提高了掘进效率，减少了出煤量。

4.1.2顶部锚杆支护效率是制约快速掘进的关键一环，为了能够有效提高支护速度，将顶部锚杆间排距1000mm×1000mm 变更为自左至右分别为800mm×1000mm、1100mm×1000mm、1300mm×1000mm、1100mm×1000mm、800mm×1000mm，左右顶两边肩窝锚杆分别距离帮200mm。同时，将2 片规格为2.8m×1.2m 搭接顶部网片更换为1 片规格为5.4m×1.1m 顶网，极大地缩短了网片安设及绑扎工序时间。通过变更支护参数，有效地提高了支护速度。

（二）改进支护工艺

1.为了能够有效提高掘进单进水平和效率，在确保巷道工程质量合格前提下，将中间锚索滞后迎头30m 和底脚锚杆滞后21m 规定，优化更改为中间锚索和底脚锚杆同时滞后至掘锚机尾部（滞后迎头8m），通过掘进生产实践验证，更改后不仅实现了及时支护，而且有效提高了支护效率并确保了工程质量，优化了检修班和生产班之间工序衔接。

2.改进锚杆及锚索支护工艺。采用超快树脂锚固剂将凝固时间由原来的50s～60s 缩短到20s～30s，同时，将每根锚杆使用2 根K2335 树脂锚固剂优化为1 根CK2370，锚索使用4 根K2335 锚固剂优化为2 根CK2370，进一步提高了支护效率。

（三）改进设备适应性

连运一号车二运机架对巷道的坡度变化要求比较严格，正常掘进生产期间经常出现中部连接架“趟腰”，走机时二运皮带习惯性跑偏，一运机架跟机电缆经常被刮，每班需要专人进行看护，影响正常的生产进度，根据现场实际情况分析，由于二运机架的钢梁强度不够，自行改进补强了连运一号车二运架子整体刚度，将二运机架之间的连接板缩短，有效减小了二运架子中部挠度变化，增强了二运架子对巷道坡度变化的适应性，提高了连运一号车的移动速度。

（四）加强机电管理

提高设备使用寿命，充分发挥设备效能，满足生产发展的需要，做到技术管理和经济管理相结合,优化机电管理制度，加强设备检修，尤其对掘锚机、连运一号车、胶带运输机等主要掘进设备的检修，加强设备检修工处理设备故障能力，定期邀请厂家服务工程师驻矿培训，从根本上提高设备的开机率和检修工的业务水平，定期检修应与设备的日常维护保养相结合，设备应根据生产工艺特点和生产过程中的要求，采取不同的检修方式。切实做好设备的巡回检查、每日定期例检及定期检修工作。对每台设备包机责任到人，通过日检、周检、月检的考核检查制度，有效保证设备完好率，降低机电事故率。

（五）强化职工技能培训

1.邀请设备厂家服务工程师组织开展关于设备原理、组装、检修维护及故障排除等方面专项培训，有效地提高了正式工的专业技能，为设备高开机率奠定了技术基础。

2.定期组织进行专业技能交流学习活动，为各个班组成员之间学习交流创造条件，将检修班与生产班中存在问题及反复出现故障进行讨论分析，有效促进经验成果互享，为保障设备高开机率提供有效保障。

3.在实践技能方面，区内自行组织开展技术比武，为促进员工技能交流创造了平台，同时，为后备干部提拔进行人才储备。

（六）建立考核和奖惩制度

严格按照标准奖优罚劣，实行工序动态验收达标制度,跟班队长和班长对当班工程质量负全责，与个人工资直接挂钩。对影响进尺、三违隐患个人和班组进行考核,同时对达标班组给予奖励，通过公开、公平、公正按劳分配管理模式，有利调动员工的积极性。

五、结论

掘锚机掘进21102 工作面运输巷期间，经过不断改进和优化，巷道单进水平稳步提高，有效地提高了巷道快速掘进水平，单月最高进尺达到了650m；掘进21204 工作面辅运巷期间，每月平均进尺600m 以上，其中2016 年7 月份单月进尺达到了787m，创造了葫芦素煤矿单月进尺最高记录。

通过近两年来单月进尺统计与总结，从2015 年1 月月进尺400m 到2016 年7 月进尺787m，实现了煤巷快速掘进的稳步提升，在单进水平上取得了有效的进步。同时，经过对优化参数、改进工艺、完善管理及引进新材料及工艺等措施，也不断地为掘锚快速掘进创造了有利条件，进一步提高巷道快速掘进效率，有效地确保了巷道工程质量。

掘锚一体化掘进技术能够在割煤、装运、行走、转载一体化的基础上，实现割煤和支护同步平行作业，为单巷掘进极大地提高了掘进速度，以满足现代化高产高效矿井采煤要求。