底板抽放巷综合机械化快速掘进技术研究与应用

曹奎奎

（河南永锦能源有限公司云盖山煤矿二矿，河南 许昌 461683）

1 研究的目的与意义

随着瓦斯治理手段的更新，对于高瓦斯及突出矿井的瓦斯治理主要以施工底板抽放巷为主，然后对煤层施工穿层钻孔抽放瓦斯，掩护采面煤巷顺槽的掘进，造成每个未圈成的回采工作面，除采面顺槽外，还要均要施工1～2条底板抽放巷；随着岩巷掘进量逐年增大，巷道单进水平与瓦斯治理进度不相匹配，底抽巷掘进效率低，瓦斯治理工程滞后，严重影响了矿井生产的正常接替，底抽巷的快速掘进成为矿井亟待解决的问题。

针对以上问题，云煤二矿引进综合机械化掘进设备EBZ-318型综掘机，以23303底抽巷为背景，具体分析了影响巷道掘进速度的主要因素，从掘进装备技术、巷道层位选择、运输系统、支护参数和作业方式、管理水平等6个方面提出改进措施[1]。

2 影响巷道掘进效率的主要因素

1）施工装备。掘进施工装备是实现快速成巷的重要保障。传统的掘进工艺采用崩落法施工实现破岩，利用扒岩机配合矿车或胶带等设备完成装矸和运矸工序，无法实现破、装、运的一体化作业，工效较低，掘进设备选型需要符合当前地质条件，否则容易导致机械频繁故障，严重影响连续作业[2]。

2）地质条件。地质条件是影响底板抽放巷快速成巷的先决条件，若地质条件复杂则会大大影响掘进速度和成巷效果，故底板抽放巷层位的选择是影响快速成巷的关键因素[3]。

3）巷道支护。底板抽放巷一般采用锚网索联合支护方式，锚杆、索的施工密度大，繁杂的支护程序和高密度的支护形式，严重地制约掘进速度。

4）运输系统。岩巷掘进最重要的环节就是出矸，现有一般使用矿车，工序繁杂，无法进行连续性。

5）作业方式。根据现场施工经验，巷道掘进过程中支护耗时所占比重达到70%，若能实现掘支一体化作业，则可优化掘进时间，提高掘进效率。

6）管理水平。高效的组织管理模式和良好的奖惩制度，能促进技术人员的安全意识、工作积极性以及各工序的衔接能力等方面得到较大的提高。

3 岩巷综合机械化快速掘进

1）改进掘进技术装备。高效机械化掘进是巷道快速掘进技术的必要条件，要提高掘进效率，就必须采用综合机械化作业，才能适应矿井多变的地质条件。在充分考虑掘进层位围岩情况的基础上，引入EBZ－318型掘进机，这套设备的特点为效率高、重心低、工作稳定性好；破岩能力强，截齿能力强；元部件可靠性高；系统简单可靠，便于维护。掘进机截割功率318 kW，装机总功率318 kW，质量128 t，截割断面5 000 mm×4 800 mm，可截割普氏系数为8以下的岩石：最大切割岩石的强度为10 MPa。适应坡度±19°，外形尺寸长×宽×高13 100 mm×2 910 mm×2 630 mm。

2）合理选择掘进层位。矿井以往底板抽放巷层位选择时，均在煤层以下8～12 m左右的L9灰岩底界掘进中（L9灰距L8灰岩间距1.8～2.0 m），巷道中高一般3.2 m，掘进期间需破8灰岩1.2～1.4 m，一是L8灰岩硬度系数在8～20，现有国内的综掘机无法直接截割，需人工松动爆破掘进，单班循环进尺严重受限。二是L9灰岩以下有一层0.1～0.3 m煤线，极易冒落，支护困难，成线差，后期施工穿层孔时，容易引起塌孔，冒落。三是距煤层较近，规定控制7 m的法线距离，掘进期间受构造影响容易误揭煤。综合以上分析，选择合适的掘进层位尤为重要，故矿井选择L8灰岩底界作为掘进标志层，此层位厚度8～12 m，距煤层法线距离18～20 m，硬度系数8～20，支护简单，完全符合矿井实际情况。

3）巷道断面及支护优化。巷道支护为锚网索+喷浆联合支护，以锚杆和金属网支护为主，配以锚索补强。因此从经济角度考虑，在满足通风的要求、钻机布置要求、掘进设备尺寸的前提下，对巷道规格进行优化，确定巷道的掘进宽度为5 000 mm，掘进高度3 200 mm。沿L8灰岩底界掘进，直接顶为L8灰岩，平均厚度9.65 m，属于稳定岩层，适合锚网支护。根据悬吊理论计算，并结合矿井现有锚杆类型，以及与相近巷道的支护经验进行类比分析，确定巷道顶、帮部选用Ф22×2 400 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，顶部锚杆间、排距1 400 mm×1 200 mm，帮部锚杆间、排距1 000 mm×1 200 mm，有原来单排循环进尺0.8 m调整为1.2 m，锚杆由原来的18根优化为12根，全断面采用钢筋网护顶、帮，钢筋网规格为：1 500 mm×1 100 mm，网孔规格75 mm，网与网搭接长度不小于100 mm，相邻两块网之间用14号铁丝双排连接，双排连接、三花布置，双股铁丝捆扎不小于2圈。

4）完善运输系统。一是出矸系统的完善，在底抽巷车场口处施工出矸仓（长20 m×宽2.5 m×深2 m），保证可存6～8 m的矸石量，利用P-60型耙矸机出矸至矿车内，再利用电瓶车（1次8～10辆矿车）中转至主提升中，实现连续出矸的工作方式，极大较少出矸系统人员和时间。二是轨道运输系统优化，由原来无极绳绞车运输改为气动单轨道系统，较少了轨道敷设的工序，极大缩减了运输人员和作业工程量。

5）抓好作业循环组织。在掘进生产中以割矸、上网、支护、出矸等关键工序为主线，其他工序尽量做到平行作业。在支护同时使用3～4台锚杆钻机施工顶板锚杆，2台手持式风钻施工护帮锚杆，同时优化锚杆施工程序，在钻孔施工同时，由装杆人员将锚杆、托板、垫片等按顺序安装成套，注杆时一次性注入，使支护时间由原来的70 min下降到40 min，极大地提高了工作效率。

6）靠机制调动积极性。一是制定《进尺台阶激励管理办法》，每月制定内部进尺基数，完成进尺计划按奖励基数兑现，奖励基数为2万元（单个掘进工作面），提高了班组安全快速掘进的积极性。二是为了强化激励机制，采用灵活多样的工资分配政策调动员工生产的积极性，工资向技、苦、脏、累、险岗位倾斜，真正实现多劳多得。实行责任追究。班组内按工种分成顶板支护、护帮支护、挂网联网等班组，分别承包巷道成型、支护质量、联网质量等。三是矿井制定了《掘进巷道工程支护质量及工资结算验收考核管理办法》，每旬对各掘进巷道进行工程质量验收，并于月底进行全面复验，验收结果直接与施工队组当月工资挂钩，不合格进尺直接扣除，同时对施工责任者进行重罚，要求其采取措施进行整改，促进施工人员按标准作业，施工合格工程。

4 应用效果

1）巷道掘进装备技术是快速掘进技术的关键，通过引进EBZ-318悬臂式掘进机掘进，巷道掘进效率得到显著提高，巷道的日进场由原来的掘进进尺2.4 m/d，提高到8 m以上，月进尺维持在130 m以上，最高155 m，掘进速度提高了3倍，掘进效率大幅提高。

2）在巷道围岩稳定的情况下，由原来单排循环进尺0.8 m调整为1.2 m，锚杆由原来的15根优化为12根。

3）在巷道断面及支护优化后，先后安装9台顶板离层仪，通过日常对顶板离层仪数据进行采集和分析，结果发现9处观测点（近300 mm范围内）没有离层现象，顶底板移近量最大变化为8 mm，两帮移近量最大变化6 mm，支护强度完全满足巷道支护需求。