回坡底煤矿东一采区综掘设备拐弯技术应用实践

李 鑫

（山西汾河焦煤股份有限公司回坡底煤矿，山西 临汾 031400）

引言

从巷道拐弯角度设计、使用综掘机尺寸、拐弯半径选择、运输出渣系统等因素，分析了不同巷道拐弯采用的综掘机拐弯施工工艺，实现巷道综掘机拐弯期间的安全高效掘进[1]。拐弯施工期间用综掘机直接截割并带动二运带式输送机整体拐弯，采用临时单轨吊梁吊挂二运机头向带式输送机卸载矸石，邻近拐正时安装刮板输送机搭接带式输送机运矸[2]。将新型掘进机与运输装置之间的连接装置、新型液压系统应用于煤矿的生产实际中，通过对比，新型综掘快速掘进技术具有良好的经济和社会效益[3]。

1 工程概述

1.1 10-112 切巷基本情况

10-112 切巷长200 m，工作面坡度5°下，倾角3°（左高右低），涌水量10 m3/h，采用矩形断面，锚网梁锚索联合支护。巷道断面规格为掘宽5 400 mm，掘高3 400 mm，净宽5 200 mm，净高3 300 mm。支护形式采用锚网梁、锚索联合支护。顶锚杆“七七”布置，间排距850（800）mm、1 000 mm，老山侧帮锚杆“四四”布置，间排距900 mm、1 000 mm，煤壁侧帮锚杆“四四”布置，间排距900 mm、1 000 mm，肩窝帮锚杆距顶300 mm，底角锚杆距底板400 mm。锚索与顶锚杆成排布置，锚索“三三”布置，选用Φ18.9 mm×4 800 mm 钢绞线，排距3 000 mm，锚索间距为1 650 mm，距老山侧1 050 mm，距煤壁侧1 050 mm。

1.2 快速掘进设备参数

EJM270/4-2 掘锚一体机外形尺寸为长×宽×高=11.9 m×4.6 m×3.1 m（机身前4 m 设备宽4.6 m、后3 m 设备宽3.5 m）。EJM270/4-2 掘锚一体机截割滚筒宽4.9～5.4 m，两侧伸缩长度0.25 m；铲板宽度4.5～5.4 m，两侧伸缩长度0.45 m。EJM270/4-2 掘锚一体机刮板输送机溜头长3 m，左右摆动夹角为45°。CMM5-20 煤矿用液压锚杆钻车机外形尺寸为长×宽×高=11.9 m×4.4 m×3.1 m。自移机尾长度为22 m，桥式转载运输机长19 m。EBZ-200 综掘机外形尺寸为长×宽×高=10.6 m×3.6 m×1.8 m。

1.3 快速掘进装备拐弯

将掘锚一体机、锚杆钻车、桥式转载机分家→掘锚一体机配合锚杆钻车进行拐弯并摆正→将锚杆钻车、自移机尾开至A 段末端→安装40 t 溜子与锚杆钻车进行搭接→40 t 溜子运输掘进40 m→拆40 t 溜子→安装电磁滚筒皮带→施工B 段到位。

2 工业设计

井下工作面巷道在拐弯开口前，根据矿井工作面实际情况，制定出具体施工方案，按照快速掘进设备的尺寸参数和特殊情况、施工巷道高度和宽度、开口位置和开口方位角度，设计出综掘机（快速掘进装备）拐弯开口施工曲线设计图及锚杆锚索布置支护设计图，并制定相应支护设计。以A 段巷道向B 段巷道拐弯为例，综掘机（快速掘进装备）拐弯开口设计中包含综掘机（快速掘进装备）拐弯开口跨度设计以及综掘机拐弯开口期间A、B 两条巷道支护设计。

1）综掘机（快速掘进装备）拐弯开口剩余10～15 m前，需要缩小A 段掘进巷道锚杆、加密锚索，调整锚索排距、锚索支护形式等，拐弯开口时期加强对A 段巷道的顶板管理，以快速掘进装备顺利通过。

2）巷道拐弯设计开口位置时，要调整加强B 段巷道开口处两帮支护状态，要把菱形网、高强锚杆调整为塑料网和塑料锚杆，以使快速掘进装备在拐弯开口期间快速截割施工。

3）综掘机（快速掘进装备）拐弯开口施工B 段巷道时，必须严格执行短掘短支，掘进一排，永久支护一排，同时缩小B 段巷道锚杆、锚索排距（在原基础上缩小100～200 mm），并根据拐弯开口跨度情况合理布置锚索，以加强B 段巷道拐弯开口期间顶板管理。

3 综掘机拐弯开口技术

1）现有巷道与综掘机机身中心线成45°夹角时，综掘机机身前后两点间的距离为综掘机拐弯的最小距离。首先确定开口巷道的3 个点，即开口巷道的左帮、右帮及中心点。综掘机机身中心线角度与现有巷道成45°角时，以综掘机机身长度为斜边，依据三角函数算出理论开口位置距开口巷道右帮为3.9 m。以综掘设备最宽部分的一半1.8 m 计算，为综掘设备最宽部分能够顺利通过拐弯，按照三角函数计算后开口处应向外再平移2.6 m，所以得出综掘机理论拐弯位置距开口右帮巷道为11（4.6+3.9+2.6）m，如图1所示。

图1 开口跨度设计示意图

2）综掘机施工道开口巷道左帮时，要拆除综掘机中转皮带，同时对皮带进行回缩，综掘机退至距原巷道迎头12 m 开口处，综掘机（快速掘进装备）安装一部40 t 溜子与原巷道已回缩的皮带搭接进行煤（矸）运输。按照确定的拐弯开口位置，由综掘机机进行开口。按照确定的三角区边线，综掘机进刀截割第一个循环，第一个循环分三部分，首先进刀施工三角区部分，截割施工后对三角区中巷道顶板及拐弯巷道进行永久支护，支护施工完成后，综掘机移动并摆动综掘机截割臂（EBZ-260 综掘机截割臂允许摆动角度33°），进行第一个循环第二部分截割，施工后后对第二部分施工巷道及顶板永久支护，再后施工第一个循环中第三部分。第一个施工循环完后，按照第一个循环施工方法进行其他4 个循环，直至综掘机在B 巷道摆正。综掘机拐弯开口现场施工期间三角区边线部分实际刷扩成弧形，根据弧形跨度逐步进行回缩。综掘机拐弯期间综掘机的前进、调整，要及时移动延长40 t溜子溜槽同时调整40 t溜子方向。A 段施工完成后，将综掘机（快速掘进装备）后退20 m 对右帮进行刷宽0.7 m 形成吊装硐室，巷宽由5.4 m 增加为6.1 m；1 号、2 号机分家运输，2 号机紧靠A 段右帮，1 号机拐弯刷扩时2 号机做好接煤工作，自移机尾紧跟2号机运输。

4 快速掘进装备拐弯方法

4.1 拐弯曲线参数

先将掘锚机一体机退后13.8 m，对巷道左帮刷扩开口。首先在A 段及B 段口各安一组中线（中线左为0.8 m），根据原A 段内中线来确定拐弯期间的弧度（中线距左帮的距离）；拐弯期间排距0.9 m 进行施工，即第一排跨度1.2 m，第二排跨度1.5 m，第三排跨度1.9 m，第四排跨度2.3 m，第五排跨度2.7 m，第六排跨度3.1 m，第七排跨度3.8 m，第八排跨度4.5 m，第九排跨度5.8 m，第10 排跨度6.3 m；拐弯开口6 m后巷道支护参数按照B 段支护设计进行施工如图2所示。

图2 掘进机拐弯示意图（单位：mm）

4.2 掘锚一体机拐弯施工方法

掘锚一体机从A 段向左拐弯时，先将掘锚一体机退后至距B 段右帮13.8 m 处，而后采用掘锚一体机截割滚筒对左帮刷扩拐弯开口，将滚筒缩至4.9 m摆动机身使左侧滚筒紧贴煤壁，启动滚筒后利用滚筒伸缩部分（0.25 m）进刀，进刀后上下摆动截割臂进行成巷，随后采用“剃头”方式向前移动机身并伸出大臂进行刷扩达规定宽度；期间及时核对中线确保跨度符合要求，拐弯跨度达不到掘锚一体机拐弯要求时，掘锚一体机不能继续向前刷扩时，采用人工使用风镐对拐弯刷扩区域进行局部刷扩，或者将掘锚一体机退至进刀位置摆动机身重新“剃头”达到要求，直到满足掘锚一体机拐弯刷扩要求时，再使用掘锚一体机进行拐弯刷扩。

5 结论

1）综掘机、掘锚一体机直接开口，简化了掘进工艺，降低了职工的劳动强度及生产材料消耗，替代炮掘、人工拐弯开口难度，施工工序简单，施工安全系数高，提高了煤矿安全。

2）机械化巷道拐弯开口的实现，使用综掘机（快速掘进装备）拐弯开口配合40T 溜子出矸，割煤装煤机械作业，减少了人工出渣劳动强度，生产效率大大提高。