土城矿大倾角负坡综掘技术研究与应用

陈宇满

（贵州盘江精煤股份有限公司土城矿，贵州 六盘水 553537）

伴随着综采的发展，综合机械化掘进技术应运而生。综掘技术与装备的快速发展，又推动了综采技术的进一步发展。巷道掘进的起始阶段主要以钻爆工艺施工为主，后来逐渐形成了以掘进机为主的综合机械化掘进工艺。随着科学技术的发展和矿山安全生产实际，针对一些联络巷、回风绕道、切眼和一些上下山巷道等大倾角巷道，大部分巷道还停留在钻爆施工和间断出渣的低速度、低工效、高成本状态，再继续采用钻爆工艺施工将大大影响掘进效率，在煤矿安全生产水平大幅度提高的今天，钻爆工艺施工已经无法满足安全生产的要求。因此，研究大倾角负坡掘进技术能够促进矿井安全生产可持续发展，使之适应煤矿生产发展要求，降低劳动强度，降低安全投入成本，达到在适合的环境下最安全、高进尺、高质量、低成本施工。

1 背景

土城矿位于贵州省盘州市柏果镇，属盘江精煤股份有限公司所辖。主要可采集局部可采煤层为1、3、5、6、9、12、13、15、16、17、18号煤层，煤层倾角为12°～25°，煤层总厚度25.5 m，含煤系数8.8%。矿井采用平硐+斜井综合开拓，单水平上下山分区式开采。

采面走向布置在500～1 300 m，每个采面回采巷道施工须投入2～3个掘进队组施工，每个采面布置均须设置两条回风绕道和一个切眼，而回风绕道和切眼掘进均采用钻爆工艺施工的方式掘进，掘进效率低下，工人劳动强度大，掘进成本高，且形成通风系统缓慢，对大系统影响较大，不利于安全管理。

图1 150314采面巷道布置示意图

土城矿现有的煤巷掘进综掘机主要以EBZ-160型综掘机为主，该综掘机整机尺寸：长×宽×高=9.2 m×2.9 m×1.8 m；功率：截割部160/100 kW，油泵电机90 kW，转载皮带15 kW；卧底深度：300 mm；可截割/经济截割岩石单向抗压强度80/60 MPa；适应巷道坡度±18°。

土城矿煤层倾角为12°～25°，其中21采区19°～21°，13采区12°～18°，14采区20°～24°，15采区及15延深22°～25°。根据EBZ-160型综掘机适应巷道坡度为±18°，则符合要求的采区只有13采区。

针对上述存在问题，有必要开展土城矿大倾角负坡综掘技术研究，采用大倾角综掘机掘进技术，对一些联络巷、回风绕道、切眼和一些上下山巷道等大倾角巷道采用综掘机掘进，从技术和管理的层面提高掘进效率，减少工人劳动强度，降低掘进成本，快速形成通风系统，保障矿井安全生产。

2 大倾角负坡综掘技术分析

以土城矿150314采面工作面巷道工程为例，150314回风巷及回风绕道1 550 m已掘进到位，150314底抽巷及切眼底抽巷已掘进到位（控制运输巷及切眼穿层钻孔已提前施工到位），150314运输巷及回风绕道1 568 m未掘，150314切眼159 m未掘，150314回风巷先运输巷掘进到位，为保证采面提前贯通形成系统，拟对切眼进行反掘，利用两个掘进队组对巷道进行施工，考虑采掘接替和掘进效率，矿研究决定对切眼反掘采用EBZ-160型综掘机进行掘进。

2.1 工作面基本情况（含瓦斯治理情况、地质条件等）

150314切眼反掘工作面，设计长度为159 m，煤层倾角-23°～-25°，平均煤层倾角-24°，煤厚2.6 m。

邻近煤层及采掘情况，本工作面沿3号煤层掘进，上覆1号煤层，未采，煤厚0.6 m，与3号煤层法向距离15 m；下伏5号煤层，未采，煤厚2.4 m，与3号煤层法向距离14.8 m。

工作面瓦斯治理情况，本工作面回风巷采用沿空留巷，沿150312运输巷小煤柱掘进，留2.5 m小煤柱掘进，工作面每推进50 m至少进行2次区域验证（在地质复杂区域每推进30 m至少进行2次区域验证）；运输巷及切眼采用施工底板抽放巷，通过底板抽放巷施工穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯作为治理方案，掘进过程中做好连续区域验证，同时在构造破坏带、应力集中区域必须连续进行区域验证；掘进工作面在区域验证无突出危险后，再在工作面施工1个超前距为15 m的超前钻孔，探测地质构造和观察突出预兆，预留10 m超前距，方可掘进，每次验证保留3 m超前距；当区域验证为无突出危险时，应当采取安全防护措施后进行采掘作业，但若为采掘工作面首次进行区域验证时，采掘前应当保留足够的突出预测超前距，只要有一次区域验证为有突出危险性，则该区域以后的采掘作业前必须采取区域或者局部综合防突措施。

工作面地质条件，根据上区段15312运输巷实见断层分析，预计本工作面将会遇到1条落差为1.5 m的逆断层，对工作面顶板管理和瓦斯管理有一定的影响，掘进期间须做好先探后掘工作（加强对煤层的探测）及过断层期间顶板管理和瓦斯管理工作；根据勘探地质资料和3号煤层回采资料可知，本工作面无影响掘进的褶皱、陷落柱、岩浆侵入体等其他构造；本工作面直接顶为浅灰色细砂岩，层厚3.8～4 m，硬度f=4.1，老顶为浅灰色粉砂岩，层厚5.1 m，硬度f=3.5，直接底为厚1.4 m的灰色泥质粉砂岩，岩体松软、节理不发育，含植物化石，硬度f=3.1～5；本工作面上覆、下伏无采空区，掘进范围无小窑开采，地表为山坡地形为主，沟谷较多，无常年河流，水主要来源于大气降水，大气降水主要顺裂隙渗入工作面，预计涌水量3～5 m3/h。

2.2 矿成立150314切眼反掘掘进工作管理小组

矿成立以采煤矿长为组长、采掘副总为副组长的工作管理小组，采区成立以掘进副区长为现场负责人，掘进工作经验丰富的掘一队作为施工队伍，对150314切眼反掘掘进规程、措施审批以及现场施工等各环节进行实时管控，对出现和存在隐患及问题及时跟踪解决，确保150314切眼反掘工作面安全顺利掘进。

（1）解决人的因素。首先，对管理人员和施工人员素质进行培训。选择合适的基层管理人员，要求具有较高的技术水平、组织能力、管理能力、培训能力，组织其参与掘进作业规程和相关措施以及相关规章制度编制、贯彻学习，使其既帮助完善作业规程和相关措施以及相关规章制度，又熟练掌握施工过程中各关键环节，从而杜绝生产工艺不合理、不完善等带来的安全生产隐患，并通过现场进行管理的过程中随时对作业规程和相关措施以及相关规章制度进行修订，彻底完善作业规程和相关措施以及相关规章制度；选择合适的施工队伍，要求有基本的受教育程度、技术熟练程度，并在掘进施工工艺方面有一定的安全教育程度，有一定的安全生产积极性，同时配齐各工种、分工明确，组织全体施工队伍对作业规程和相关措施以及相关规章制度进行学习，使每个人均掌握自己所在岗位的每一道工序及要求，培训各工种分工明确、密切配合的团队精神，队伍中尽量培养部分“多面手”（熟练掌握各工种施工工序的技能型人才）。

其次，施工组织形式。建立健全以岗位责任制为中心的各项管理制度；完善单轨吊等辅助运输系统，减少人工劳动强度；科学地施工组织，编制合理高效的循环图表、优化劳动组织，合理选择施工作业方式和循环方式，在保证安全的前提下多工序平行作业；改善施工工艺，改善施工环境，确保安全生产。现场管理过程中，通过基本管理制度、合理的施工方法和科学的施工组织，确保作业规程和相关措施以及相关规章制度落实到实处，保证巷道安全、快速、有序掘进。

（2）解决机械设备和生产技术因素。首先，每班对施工的机械设备（综掘机、锚杆机、风煤钻、胶带输送机、刮板输送机及开关等设备）进行检修，给操作司机留够足够的检修时间，确保在施工过程中机械设备不出问题。其次，保证现场生产技术。现场使用综掘机割煤的过程中必须确保巷道成形，钢筋网必须排列整齐、搭接符合标准，锚杆、锚索必须按作业规程要求严格安装，锚固剂使用合理，减少工程质量差等问题而重复施工影响安全快速掘进。

（3）解决施工地点的环境因素。首先，解决人的因素。着重解决人的随意性，解决堆放材料和杂物时的随意性，按要求码放材料和杂物；解决设备安设的随意性，保证设备安设合理，方便设备使用和迁移；解决施工操作的随性，不违章操作；安排合理时间，保持施工人员良好的施工状态。其次，解决现场环境因素。根绝现场矿压情况，尤其在过断层期间，随时进行补强支护，确保巷道支护满足要求；施工好积水坑抽水，确保负坡掘进巷道不积水；使用好综掘机内外喷雾和转载点喷雾，治好粉尘，确保空气质量和空气可见度，减少安全隐患；搞好巷道文明生产，减少巷道淤泥积水，确保巷道安全、有序生产。

2.3 掘进关键环节控制

150314切眼反掘工作面-24°掘进，掘进倾角远远大于综掘机适应坡度，掘进过程中必须严格管控治水、割煤及退综掘机等关键环节，确保巷道安全、快速掘进。

（1）巷道治水：由于工作面负坡掘进，巷道裂隙水和生产用水会积存到工作面迎头，所以工作面安设一台2.2 kW潜水泵作工作水泵，备设一台5.5 kW潜水泵做备用，安设4吋排水管；同时在综掘机后方和切眼上口挖设截水坑，在工作面迎头安设风泵将积水引进截水坑抽走。

（2）综掘机割煤：由于巷道负坡掘进且掘进倾角远远大于综掘机适应坡度，故掘进过程中的截割工艺不一样，每循环割煤须先扫底将底板往下卧0.6～0.8 m深，再由巷道下部开始截割，依次截割扫完整个断面；由于每循环进度为2.7 m，而综掘机刨头截割深度为0.8 m，因此，每循环进尺须割煤四个小循环，割煤期间须做好站岗撤人工作，在割煤结束前严禁人员进入工作面，确保割煤安全。

图2 150314掘进巷道施工工艺示意图

（3）退综掘机：由于巷道倾角过大，每循环割煤后导致巷道高度达不到设计高度，因此在每循环支护结束后须对巷道进行扫底；采用人工铺设2 m长的工字钢或道木，间距为1 m，确保退综掘机过程中综掘机不下溜、不下滑，然后扫底达到工作面迎头，使巷道高度达到设计要求。退综掘机过程中必须由班队长及以上管理人员专人指挥，确保铺设工字钢或道木期间人员安全，动综掘机过程中必须撤好人员。

（4）防尘：综掘机使用好内外喷雾，同时在后方配全断面喷幕防尘，各转载点使用好喷雾装置。

3 工作面掘进效果分析

通过150314切眼反掘工作面掘进，巷道由原来的炮掘每班进尺1.5 m变为每班进尺2.7 m，同样一支掘进队伍，使巷道至少提前15 d施工到位；同时矿根据150314切眼反掘工作面大倾角负坡掘进实际演练，在现有设备和技术的基础上，从技术和管理的层面上总结出一套完整的大倾角负坡综掘掘进技术体系，培养一部分管理人才和一支适应大倾角负坡综掘的掘进队伍，为今后大倾角巷道负坡综掘掘进打下坚实的基础。

4 结语

提出的巷道掘进技术，将为大倾角巷道掘进开创有效、经济、快速的掘进方法，提高掘进效率，减少工人劳动强度，降低掘进成本，快速形成通风系统，达到安全高效生产。该技术在土城矿150314切眼反掘工作面掘进过程中取得了显著的成绩，得到如下结论：

（1）从作业规程和措施上出发，通过优化设计、优化负坡掘进施工工艺、优化施工流程，使其满足现场安全生产的要求。

（2）从管理上出发，加强管理人员和施工队伍人员素质培训，培养分工明确、密切配合的团队精神，提高优化现场施工组织、优化管理关键环节，严格控制现场施工工艺和施工流程，确保大倾角负坡综掘技术在现场落实兑现。

（3）巷道掘进速度提高到原来的1.8倍，大大提高了巷道掘进效率。