B090405 大倾角煤层回采巷道快速掘进技术.doc

大倾角煤层回采巷道快速掘进技术

叶成林1 邢敦爱2
[1.徐州矿务集团有限公司，江苏 徐州 221006；2.徐州矿务集团权台煤矿，江苏 徐州 221153]

摘 要 介绍了权台煤矿大倾角煤层回采巷道快速掘进的方法、支护技术和工艺、劳动组织管理、监测和后续运输等保证措施。通过一系列的改革，掘进速度从原来的月进170m提高到250m以上，实现了快速掘进，缓解了矿井采掘接续的紧张状况。
关键词 大倾角 煤层 锚网支护 快速掘进
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前 言

徐州矿务集团权台煤矿9#煤层94114工作面煤层倾角普遍大于25°，煤的黏结力不大，煤体较松散。2006年以前，由于支护工艺不完善、设备不配套、施工工艺复杂、运输设备制约、劳动组织管理存在缺陷、工种分配不合理等因素的影响，煤巷爆破掘进月平均速度一直徘徊在170m左右。随着矿井开采能力的扩大，采掘衔接日显紧张，严重影响了采掘接续。2006年，该矿对支护工艺进行了改革，并对溜子和皮带运输的侧重点进行了调整，采用ZMC-30型侧卸式装煤机装煤，支护效果显著改善，运输系统日趋流畅，掘进速度不断提高，月进尺达到250m以上，初步实现了大倾角煤层回采巷道的快速掘进。

1 地质条件

权台煤矿9#煤层94114工作面材料道长度约830m，平均埋深610m。该区域9#煤层倾角在20～25°之间，岩石坚固性系数f值为2～3，煤层平均厚度1.8m，煤的黏结力不大，煤体较松散，煤体受压后易变成散体。伪顶为灰色黏土岩，含有植物化石，平均厚度为0.2m；直接顶为灰色页岩，平均厚度为4.0m；老顶为泥质页岩，平均厚度是4.0m；直接底为灰色黏土岩和泥岩，平均厚度为4.0m；老底为白色砂页岩，平均厚度为4.0m。

2 支护参数

94114工作面材料道设计巷道毛宽4.7m、净宽4.5m；毛高2.3m、净高2.2m；毛断面积10.81m2、净断面积9.9m2。沿巷道顶板掘进，采用锚、网支护。
（1）顶板支护参数
顶板每排安设7根直径20mm、长2000mm的20MnSi左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆，锚杆间排距为720×800（mm），中间5根锚杆垂直顶板岩面，顶板肩窝两根锚杆均与水平方向成75º夹角并使用异形铁托板（当煤层倾角大于15°时，顶板下肩窝一根锚杆可以垂直打入顶板），每根锚杆用一卷CK-Z2370型树脂锚固剂卷锚固。每根锚杆用木、铁托板及相匹配的塑性减摩垫圈各一个，木托板规格为400×200×50（mm）。顶板肩窝锚杆距帮不大于300mm、但也不得小于200mm。
（2）巷道上下帮支护参数
高低煤帮均安设3根直径20mm、长2000mm的20MnSi左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆，高帮锚杆间排距为800×800（mm），低帮锚杆间排距为600×800（mm），煤帮肩窝锚杆和帮底锚杆均与水平方向成15º夹角。每根锚杆用一卷CK-Z2370型树脂药卷锚固剂卷锚固。每根锚杆用木、铁托板及相匹配的塑性减摩垫圈各一个，木托板规格为400×200×50（mm），两帮肩窝锚杆和帮底锚杆使用异形铁托板。

3 施工工艺及要求

煤巷炮掘施工工艺为：交接班安全检查和准备→布、打炮眼→装药、联线、放炮→通风→临时支护→装运煤矸→锚、网支护→清理现场。
3.1 钻眼、爆破
在巷道炮掘施工中，打眼、放炮和锚、网支护是两道最主要的施工工序，占用时间最长，打眼速度的快慢、爆破效果的好坏直接影响到巷道的快速掘进速度和巷道工程质量。为确保巷道快速掘进施工中巷道成形效果良好，结合94114材料道煤层倾角大、煤体黏结力弱及高帮易片帮的特点，炮眼布置遵循“爆破预留”原则，采用三角掏槽，爆破成形后的巷道呈“倒梯形”，爆破后用风手镐刷大成型。
当岩煤体较软时，钻眼选用MQB-35（50）手持式气动煤帮锚杆钻机或SMZ-12Q湿式煤电钻钻眼，施工时应优先选用气煤钻。全断面一次打眼、一次装药、一次起爆。实践证明，当风压达到要求时，使用MQB-35（50）手持式气动煤帮锚杆钻机进行钻眼，钻眼速度可提高10～20％，炸药消耗可减少25～30％；掘进工效可提高10～15％，既可提高掘进速度，又可降低掘进成本。
遇到岩煤体较硬或过地质构造带，煤电钻无法打眼时，使用7655（7665）型风锤打眼，分次打眼、装药、起爆。
3.2 巷道支护
放炮后、安装顶板锚杆前，先敲帮问顶，并站在安全地点，用2m以上的金属长把工具由外向里、自顶向帮逐步找掉浮煤悬矸，用3～5根轻型液压单体安全点柱和3根撅顶道对顶板进行临时支护。然后及时将煤矸外运。当巷道清理卧底到设计高度后，再进行锚、网支护。
锚、网支护必须及时。由于94114材料道煤层倾角大、煤体黏结力低、煤体较松散，因此顶板和巷道高帮的支护更要及时，从而防止巷道高帮片帮。所谓“及时”支护，即在巷道开挖后，围岩应力重新分布刚开始阶段，锚、网支护就要完成。根据现场施工经验，一般采用爆破预留、超前帮锚、风手镐刷大成形、控制装药量等方法防止巷道高帮片帮。
（1）顶板锚杆安装
首先按照巷道中线确定好巷道顶板第一根锚杆位置，然后按照顶板锚杆每排由外向迎头逐排施工，每排锚杆由中间向两帮逐根安设。钻锚杆孔前，验收员根据设计要求点好孔位，做出标记。用锚杆钻机拧紧螺母，初锚扭矩不下于150N•m、不大于200N•m，接班时对上一班施工的锚杆螺母进行二次紧固，二次紧固扭矩不小于250N•m、不大于300N•m。
（2）帮锚杆安装
煤帮锚杆每排由外向迎头、由上向下逐根安设。钻孔前，验收员按设计要求点好眼位，做出标记。钻孔过程中，来回拉动钻杆，以带出钻孔里的煤粉。用气扳机拧紧螺母，初锚扭矩不下于150N•m、不大于200N•m，接班时，对上班施工的锚杆螺母进行二次紧固，二次紧固扭矩不小于250N•m、不大于300N•m，锚杆托板处周围50mm范围内的浮煤矸找净、找平。
（3）注意事项
① 锚杆直径、药卷直径及钻孔直径应符合“三径”匹配原则。
② 严格控制锚杆孔深，钻孔时必须严格按照设计要求进行，孔深不能超钻，也不能欠钻。安装锚杆时应尽量使锚杆外端螺纹深入顶板或煤帮10～15mm。
③ 锚杆钻机在搅拌树脂药卷过程中，中途不能停止，不能反复搅拌。否则，已经开始聚合反应的树脂分子链会遭到破坏，降低锚固效果。

4 劳动组织保障

4.1 施工工艺是基础
实现快速掘进首先必须坚持正规循环作业。正规循环就是各主要、辅助施工工艺按一定的顺序周而复始地进行，各班必须坚持正规循环作业，在规定的时间内完成规定的任务，不能延点。在94114材料道掘进过程中，该矿采用“三八”制作业，循环进尺为1.6m，每班两个循环，进尺为3.2m，每天6个正规循环，日进尺为9.6m，正规循环率保持在90％以上。每个正规循环作业中，支护工序占用时间最长，成为制约提高掘进速度的关键环节，为此，掘进工作面必须配备两个大功率锚杆钻机，并保证多台机具同时作业所需的动力源，其中风压不小于6MPa、水压不下于4MPa。在94114材料道掘进过程中，采用ZMC-30型侧卸式装煤机装煤，后跟40T型刮板输送机，刮板输送机后再跟SJ—80型胶带输送机，形成装运矸煤连续作业，每60～120m延一次皮带，占用运输设备少，用人少，机电事故也相应减少，为快速掘进速度创造了条件。
4.2 劳动组织是关键
实现快速掘进必须加强劳动组织管理。在劳动组织管理当中，有的工序只能是顺序作业，而有的工序则可以平行作业。为缩短循环作业时间，能平行作业的工序一定要平行作业。例如，运支护材料、检修锚杆机具、延长风水管路等平行作业。在顶、帮支护期间，进行煤矸装运、检修、延长胶带输送机、处理运煤环节中发生的故障等作业。
4.3 机电设备管理是保障
实现快速掘进，必须加强机电设备管理。掘进迎头设备实行专人管理、专人维修和专人操作。台台落实到人，定岗位、定人员、定职责。利用交接班时间对施工中使用的机电设备、机具进行全面检修，确保设备在良好的状态下运行，消除机电事故对巷道施工的影响，为加快掘进速度创造条件，保证了工时利用。

5 巷道监测

5.1 观测内容
为确保在快速掘进过程中顶板支护安全可靠，自巷道掘进到形成生产、运输和通风系统期间，必须加强对巷道的一系列矿压观测。矿压观测主要有：巷道表面位移、锚杆拉拔力、初锚力、顶板离层、顶板围岩结构及岩性和稳定性等。
5.2 观测数据处理
根据观测数据，及时发现围岩变化情况，边施工、边观察、边处理，为快速掘进提供安全预报。及时综合分析观测数据，找出围岩变化规律，对不合理支护参数进行修正，评价锚杆支护系统在快速掘进期间的安全可靠性。
5.3 观测数据分析
（1）顶板变形量
经过近一个月的观测，顶板深部最大变形量为10mm，浅部变形量为6mm。巷道掘出3天内顶板变形较大，以后变形量趋于减少。
（2）两帮移近量
巷道两帮移近从巷道掘出即发生，巷道掘出1～6天两帮移近量和变形速度最大；煤层变形量较大，岩石变形量较小，从观测数据进行分析煤层最大为35mm，岩石最大为16mm。
（3）顶底板移近量
材料道构造带顶底板移近量较大，主要表现为巷道底臌量大，最大为302mm，下部较小为27mm。从开窝掘进到现在，未出现片帮和较大位移，达到了理想的支护效果。

6 结 论

大倾角煤层回采巷道采用锚、网支护快速掘进技术，取得了显著的经济效益和社会效益。具体表现在以下几个方面：
① 94114材料道采用锚、网支护快速掘进技术，月进尺由原来的170m提高到250m以上，实现了快速掘进，有效地缓解了采掘衔接紧张状况，促进了高产高效矿井建设。
② 爆破参数选用合理，锚杆实现快速安设，巷道围岩得到及时支护，支护效果良好。
③ 加强组织管理，优化循环作业方式，正规循环率提高。
④ 改进并简化了煤矸运输系统，提高了运输效率。
⑤ 与以往的施工方法相比，降低了支护成本，减轻了工人的劳动强度，提高了劳动效率。

第一作者简介 叶成林 男，1968年出生，1992年毕业于安徽理工大学。现在徐州矿务集团有限公司生产技术部掘进科工作，工程师。

（收稿日期：2009-09-21；责任编辑：黄翔）