机械化快速掘进技术在三河口煤矿的应用

2016-12-02赵鹏

现代矿业 2016年10期

关键词：断层锚杆机械化

赵鹏

(山东省三河口矿业有限责任公司)

机械化快速掘进技术在三河口煤矿的应用

赵鹏

(山东省三河口矿业有限责任公司)

为了提高掘进效率，使矿井采掘关系更加合理，维持高效开采，根据三河口煤矿2403工作面下顺槽工程地质条件，采用机械化快速掘进施工工艺，实施加强地质预测预报及超前优化施工，采用连续运输及锚网索支护，并优化劳动组织、工艺工序，有效提升了矿井掘进单进水平和劳动效率，取得了良好效果。

机械化快速掘进技术超前优化施工锚网索支护平行作业

目前，我国煤矿建井技术总体上已经处于世界先进行列，但巷道的掘进机械化与掘进速度还处于明显的落后状态。近20 a来，岩巷掘进技术的进步与机械化水平的提高幅度仍较小，大多数煤矿仍采用相对落后的劳动强度大、安全性低的气动凿岩机打眼并放炮，耙斗装岩机及人力出矸形式排矸。在工作面采煤技术快速提高的今天，相对发展缓慢的巷道施工技术已经严重影响了我国煤矿安全高产以及矿井建设速度[1-2]。为此，不少专家和学者也对快速安全掘进技术进行了研究，并取得了一定的成果。杨壮等[3]结合刘庄煤矿1305工作面回采巷道工程地质条件，对大断面煤巷综掘锚杆支护快速掘进的关键技术进行了研究，通过理论分析、数值模拟分析的方法，获得了深井巷道支护工艺过程的粘弹性解析解以及应力场的变化规律，并在工程实践中获得了应用，取得了较好的效果。赵传忠[4]采用合理的管理方式，通过优化劳动组合、生产工艺、业务流程、薪酬激励机制，在全岩巷道大断面施工中，应用了机械化配套、中深孔光面爆破、快速施工作业线，在围岩复杂、运输紧张的条件下，取得了月进尺150 m的好成绩。赵宏伟[5]分析了我国岩巷掘进现状，介绍了我国煤矿目前不同机械化作业的技术特点与现状，并借鉴国外经验提出了2种岩巷快速掘进机械化作业线，并详细阐述了2种作业线的优缺点与使用条件。为进一步研究工程实践中巷道快速掘进技术，本文对快速掘进施工工艺技术进行了深入分析，并通过应用取得了良好的效果与效益。

1 掘进工作面概况

三河口煤矿3上2403下顺槽位于四采区东部，东部靠近纸房支一断层(∠70°，H=28～100m)的保护煤柱、67-120断层(∠70°，H=15 m)以及纸房断层(∠70°，H=60～300 m)的保护煤柱及FX32断层(∠70°,H=0～3m)，西部靠近3上2403上顺槽待掘工作面和3上2402综采工作面,南部靠近矿界保护煤柱，北部与3上2403皮带机道相通。本巷道离采空区较远，煤岩层产状较稳定，煤岩层倾角为2°～12°，平均为4°左右，煤层厚2.4～4.2 m，平均为3.3 m，煤质为气煤。工作面设备配备见表1。

2 快速掘进施工工艺

2.1 超前施工优化

三河口煤矿为地质构造复杂矿井，岩巷和煤巷施工中经常遇到断层及构造带，不仅影响施工进度，而且威胁安全生产。为此，在物探的基础上，加大对可疑区段的钻探力度。3上2403下顺槽外侧即为矿井东部边界大断层，受边界断层影响，巷道掘进过程中伴生构造较为发育。为了提前优化巷道施工方案，避免掘进过程中因地质构造影响造成的工程浪费，在掘至物探可疑区域前，选用ZDY1900S型钻机对待掘巷道周围地质构造情况进行探测，共布置钻孔14个，钻探长度800余m，探明断层5条，并根据探明的断层情况及时进行地质动态分析，实现了巷道连续施工、方案超前优化，杜绝了无效进尺，提高了单进水平。

2.2 运输系统优化

在掘进工序不变的条件下，实现工作面连续运输，可以大幅度提高掘进速度。采用40t刮板输送机跟迎头、JSD-800型皮带运输系统，大大减轻了职工劳动强度，简化了出煤程序，加快了出煤速度；在岩巷集中区域，采用JSD-800型皮带运输系统配合1 t 矿车联合运输，将工作面矸石通过JDS-800型皮带运输系统运出，在皮带运输系统末端设置可调节卸载点(即仿造皮带刷煤装置自行制作的上皮带刷矸装置)，实现煤、矸分装，绞车运输改为皮带机集中连续运输。不仅提高了单进水平，而且减少了运输环节，确保了安全。

表1 工作面设备配备

2.3 掘进工作面支护

采用锚杆紧跟迎头的支护方式，前排锚杆距迎头超过900 mm时及时安设锚杆。

顶板采用φ20 mm×2 400 mm等强度螺纹钢锚杆，间排距为900 mm×900 mm，每排5根。加强支护锚索为φ17.8 mm×5 300 mm预应力钢绞线，排距为2 700 mm，每排1根。两帮根据顶板排距各加一根φ12 mm×3 800 mm(或2 900 mm)的钢筋拉筋，顶板钢筋梯长4 000 mm。顶部金属网采用10#铁丝编制成菱形网，尺寸为4 500 mm×1 000 mm(长×宽)，网格为30 mm×30 mm。巷道非采面侧选用φ20 mm×2 400 mm等强度螺纹钢锚杆，采面侧选用φ20×2 400 mm的玻璃钢树脂锚杆，间排距为900 mm×900 mm，每排4根，根据巷道高度随时调整。两帮采用双抗塑料网，尺寸为3 800 mm×1 000 mm(长×宽)或2 900 mm×1 000 mm(长×宽)，视两帮高度而定，网格为30 mm×30 mm。

采用两掘一锚，最大控顶距不得超过1.1 m，每循环进尺900 mm。掘进后，在前探梁掩护下进行锚网索永久支护。迎头距锚杆永久支护最大距离不得超过200 mm，锚索距迎头最大距离不得超过 3.2 m。为了提高单进水平，可根据现场地质条件采取以下措施：顶部锚杆、金属网支护紧跟工作面；帮部上部2根锚杆滞后迎头距离不得超过2个排距，自上而下第三根锚杆滞后迎头距离不得超过5个排距(当两帮侧压不大、变形量小、不片帮、底鼓量小时，不得超过10个排距)，最下部一根锚杆滞后迎头距离不得超过20 m。

2.4 劳动组织优化

正确选用和确定劳动组织形式、工种人数，配备足够的施工力量，并重点考虑各工种与各工序之间精密衔接，实现多工序平行作业，这对施工速度和效率的提升至关重要。具体做法：①交接班、安全检查、开工前准备平行作业；②施工炮眼，定人定钻,2部钻同时施工；③爆破后，迎头临时支护与防尘洒水平行作业；④锚杆支护与排煤(矸)平行作业。采用“三八”制正规循环作业方式，掘进8 h，约7.2 m后，停止掘进，利用一个班进行喷浆、检修，掘进班只负责掘进、出煤(矸)、支护、设备维护等工作；检修班与喷浆班合并，负责喷浆、整修、设备检修、接电缆、管道敷设、电缆吊挂、轨道敷设等工作，工作面刮板输送机及皮带的移挪(80 m移挪一次)安排在检修班内进行，同时兼顾质量标准化建设等工作。各工种分工明确、责任清晰、各司其职、相互配合，实现一次成巷。每班定员12人，正常情况下迎头工出勤4～5人可满足最大程度平行交叉作业，即打眼工、支护工4人，爆破工1人，后路辅助工根据需要暂定7人，除运输设备固定岗点外，后路拐车完毕后，绞车司机、信号工、把钩工兼顾进料、出煤(矸)，一岗多责，一人多岗。工种及人员分配见表2。

3 技术创新

通过调研，购入矿用隔爆型风动扳手，用于锚杆支护过程中紧固螺帽、托盘，与人工预紧相比，大大缩短了锚杆支护的总时间。与高校合作，通过技术手段监测分析，对支护方式进行了优化，将φ20 mm×2 400 mm锚杆优化为φ20 mm×2 000 mm锚杆，缩短了支护过程中的打眼时间。

4 结语

通过针对性地质探查，提前探明了工作面断层分布情况，在断层落差等于一个煤厚的位置，通过优化巷道设计，提前将面内断层撇开，减少巷道掘进90 m。按照以往的施工方法，掘进工作面劳动强度较大，出勤率约80%，单进为125 m/月，设计巷道1 050 m，计划8.4个月完成掘进；采用机械化快速掘进技术后，降低了掘进工作面劳动强度，出勤率保持在90%，单进为165 m/月，比原计划提前2个月完成掘进任务，增加经济效益80余万元。机械化快速掘进技术在三河口煤矿成功应用，取得了较好的经济效益和社会效益，具有广泛的推广应用价值。