综掘机施工复合顶板条件下大跨度综采大切眼技术工艺

综掘机施工复合顶板条件下大跨度综采大切眼技术工艺

王学民

淮北矿业集团袁店二井煤矿，安徽亳州 233665

摘要:分析综掘机施工综采切眼存在的问题、巷道支护应力问题、施工切眼实施的技术工艺，以及施工技术工艺的可行性和效果。

关键词:综采切眼；复合顶板；大跨度；快掘工艺

引言：煤矿随着科学技术的不断进步，以及生产规模的逐步扩大，采掘生产正向机械自动化的方向全面发展。如今各大中型矿井在生产过程中普遍推广应用了综采、综掘技术工艺。由于综采设备的安装必须适应空间要求，且要有可靠的支护技术，尤其是综采切眼，对跨度达到了5m以上的施工工艺更复杂。若用炮掘工艺掘进切眼，其速度非常慢，还不利于巷道的有效维护。对复合顶板而言，施工综采切眼采用机掘方式进行，完全可以实现切眼大断面巷道的快速掘进。因此，对复合顶板条件下的综采大切眼施工技术工艺进行优化和研究很有必要。该技术应用于生产实践中，课大大提高综采切眼的掘进速度，进而取得较好的社会经济效益。

1.施工综采切眼存在的问题

由于综采设备的功率和体积逐步向大型化方向发展，如此一来就使得综采设备的安装会造成综采切眼宽度超过5m。施工这样的大切眼，若按照原施工采用炮掘方式进行，其施工进度非常慢，巷道也支护相当困难，造成的工人劳动强度很高，且施工后的切眼复修率也高。根据生产实践经验，对于机掘顺槽巷道调向角度≮90º的综采大断面切眼，若采用综掘机骑溜子机掘分次成巷技术施工，再采用锚带网+锚索联合的支护形式，即可有效解决大断面切眼施工支护困难的诸多问题，进而提高施工速度。

2.施工期间应对巷道支护应力进行分析

一般掘进巷道在煤岩层中施工，当巷道开挖后，其围岩的原始应力会遭到破坏，使得岩体的应力重新达到了二次应力状态。由于作用于岩体的初始应力较大或岩体强度较低，在巷道开挖后的巷道周围部分岩体应力超出了岩体的屈服强度，进而使岩体进入塑性变形状态。巷道开掘后为有效控制巷道变形下沉趋势，这就要求掘进和支护速度较快，且支护的强度还要高。运用综掘机施工要有效解决了这个问题，必须在切眼开门施工一段之后，切实保证综掘机与刮板输送机系统的运行可靠性，以便实现切眼的高速掘进。可先期施工3.5m断面，要在施工后的机后紧跟锚索，并加强支护。而后要完善煤机系统，要提前准备好相应的泵站、单体或木点柱等材料，并对开宽后的切眼及时进行加强支护。只有这样，才能实现高速机掘切眼的目的。

3.施工切眼实施的技术工艺

3.1运用一次成巷技术。①运用的设备与施工技术工艺:在工作面巷道掘进可采用掘进机割煤装载、运用刮板输送机将煤运至切眼经的转载机系统，再装入皮带外运出系统。对顶板锚索和锚杆眼，可采用气动式锚杆机湿式打眼，帮锚杆眼可采用风动锚头湿式打眼。巷帮可采用金属全螺纹钢锚杆配合塑料网支护，巷帮也可挂塑料网配合单体支柱或木点柱护帮。当综掘机推进后在机后不超过20m距巷帮2m处各排打设锚索，然后隔排再打设锚索。②掘进机截割工艺:可先掘煤后掘岩，从中间进刀，按照先中间后四周的顺序进行截割，待割完后修正两帮成直线，并逐渐达到设计要求的尺寸。在掘巷期间，可配合施工人员采取分工合作、平行交叉作业的综合作业方式进行。在迎头割煤、出煤的同时，可借助于皮带运输使用底皮带运料，以确保迎头出完煤后能及时地进行支护。③巷道支护方法:可采用割煤机炮头托木托梁和钢带做临时支护，用锚带网支护作为永久支护，如选用3500mm长“M”型钢带支护。顶板锚杆可选用Φ20×2000mm，帮锚杆选用Φ18×1800mm全螺纹等强锚杆。对于每根锚杆，可使用2块Z2335型树脂药卷加长锚固，其锚杆间排距为:顶锚杆750×900mm，上帮1000×900mm，下帮800×900mm。其中的顶板两肩窝锚杆与顶板成70º夹角向两帮方向打入。而两帮肩窝锚杆与水平方向成20º角向顶板方向打入；两帮底角锚杆与水平方向成30º角向底板方向打入，同时上帮侧距底板≯300mm，下帮侧距底板≯200mm。这些角度锚杆都必须使用异型托盘。对正常的掘进锚带网施工，要坚持先支护顶板后支护两帮的原则进行，锚索拖后综掘机≯30m。在施工切眼贯通后，综掘机方可撤至运输巷内解体撤除，待下次掘进施工。

3.2运用二次开宽技术方法。①运用的设备与施工工艺:可采用采煤机进行，要对原用溜子进行改进，以形成正规面溜子，之后仍可利用原运输系统和支护设备。②施工工艺和巷道支护方法:在切眼开宽之前，必须在切眼内距离一帮1.5m位置处支设一排单体支柱或摩擦点柱、木点柱，以加强支护。此加强柱打在钢带的下方，间距为1.8m。接顶时要密实，软底时穿鞋戴帽，以确保支柱初撑力符合要求。准备好后再采用煤机开帮，但开帮后要采用前探梁或点柱作为临时支护，再沿巷道倾向与原巷道垂直打设钢带（钢带距原巷帮0.3m，临近钢带边缘两眼搭接，使用一根锚杆）。在每开一段时，要及时支护一段，且输送机推移一段（一次推机最大长度≯20m）。开完后，要在原巷道未布置锚索的钢带边再打设一根锚索以加强支护。割完后必须及时地支护，其锚杆排距为0.8m。可采用单体液压支柱推移输送机，煤机推进最后一茬后可采用塑料菱形网支设贴帮柱进行护帮。

4.施工技术的可行性

①运用综掘机掘进，煤机开宽方式进行施工，工作效率高，掘进速度也快，巷道成型又好。②以分阶段成巷方式施工，可克服综掘机大断面施工中巷道由于围岩迅速破坏对巷道顶板岩梁的应力释放冲击，并便于顶板的维护。③由干断面大，小功率综掘机一次成巷需做较大的调整，这可采用分次成巷工艺，以便于操作，并有利于提高综掘机性能的发挥。④分次成巷技术能缓冲岩梁的压力释放。根据普氏理论，巷道开挖后形成自然平衡拱，其内的围岩应力会发生变化并达到一个二次应力状态，二巷道的尺寸就直接影响到拱的大小，即影响到开掘巷道对围岩的破坏范围大小。一般巷道断面越小，对围岩破坏越小，这越有利于巷道的维护。运用分阶段施工，就是通过先期形成小的平衡拱后，在开宽时利用二次支护对平衡拱进行加固，以减小巷道跨度大对围岩破坏的范围。同时，利用一次成拱的内部应力，可实现支护与一次支护拱应力的益加，以更好的促进顶板形成整体。⑤运用此施工工艺和支护，其采用锚杆、钢带、单体(木点柱)、锚索等形成多层次的承载圈，并采用锚杆、锚索等扩容挤压作用和不同层次的悬掉作用等形成作用拱，这也充分利用了岩体自身的强度，同时又结合点柱等被动承载支护形式进一步增强了支护的效果。如此能有效的控制巷道顶板变形，并有利于巷道的维护。⑥运用此工艺提前完善了回采面系统，又减少了设备等的撤除与安装工程量，且有效降低了工人的劳动强度，大大提高了工作效率。与炮掘相比，减少了许多施工环节，且无火工投入，提高了施工安全水平。⑦与使用炮掘施工相比，施工周期明显得到缩短，又减少了新面的淮备时间，是较为理想的一种大断面综采巷道施工技术。⑧缺点：运用该工艺施工存在一定的局限性，这是因为综掘机设备对巷道布置形式、断面、调向角度等要求较高，所以适应性显得较差些。

5.施工效果评价

通过以上分析也可知，运用分段方式施工大切眼工艺，能有效提高支护质量，缩短新面的准备周期。与此同时，又可少施工工序，有效减少职工的劳动强度。在施工期间采用单体护帮，能有效减少大量锚杆的投入，又能解决安全生产过程中的一些问题。安全生产环境改善了，掘进生产经济效益提高了。

结束语：在复合顶板条件下，运用综掘机施工综采大切眼，其施工技术工艺要把握好。除了分段施工外，关键是要及时做好支护，在保障其安全性的同时，能实现快速掘进。与炮掘施工相比，效率显著提高。

参考文献：

[1]胡湘贵，高成波，季彬.大断面综采切眼快速成巷掘进技术的实践[J].山东煤炭科技，2012，4：40-41.

[2]孙米银.大断面岩巷综掘快速成巷技术研究与应用[J].煤炭工程，2014，3：39-41.

4