软岩地质条件下圆形巷道综掘技术的应用
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摘 要：该文针对大平煤矿软岩地质条件下圆形巷道采用传统炮掘结合锚、网、支、充、锚的支护形式，施工进度慢、安全风险大，工序烦琐、劳动强度大等问题，在S2S8段综放面运输巷掘进施工采用综掘装备掘进、装载、运输和巷道支护新技术，打破了综掘机无法掘进圆形断面的传统工艺，形成了一套较为完整的圆形巷道综掘技术，为同类巷道掘进施工提供了新的方法。
关键词：综掘技术;软岩工程;圆形巷道;快速掘进
中图分类号：TD421 文献标志码：A
0 概况
铁煤集团大平煤矿属全国罕见极软岩矿井，在软岩工程圆形巷道掘进施工过程中，以往的炮掘施工技术，对围岩影响大、工人劳动强度大、成巷速度慢、安全风险高，机械化强度低。为改变此局面，大平煤矿在S2S8段综放面两巷，应用合作研发的EBZ160C综掘机、转载机、DSJ-120/150/2×315胶带运输机、临时液压支柱、SQ-80无极绳绞车等综掘技术装备，实现了掘进施工的安全、连续推移工艺，取代了放炮破岩、人工出货的间歇式工艺，用料运输实现机械化，直接供应到工作面附近，极大地降低了工人的勞动强度，避免了放炮对围岩破坏，保证了围岩的稳定性，提高了工作效率。
1 综掘新技术
大平煤矿经过长期的实践、总结、研究，形成了能够在软岩圆形巷道安全、快速、机械化施工的综掘技术与工艺，并在S2S8段综放面运输巷掘进施工中成功应用。S2S8段综放面运输巷布置在煤层中，沿煤层底板掘进。其支护形式为螺纹钢等强锚杆+ “U”型钢圆形可缩支架+钢筋网+注混凝土的复合支护形式。
1.1 综掘工艺流程
综掘机截割巷道上半部→液压支柱临时支护→支护施工→煤炭装载与运输→挂网、注砼。
（1）综掘机施工工法：利用炮头上下、左右往复截割，先施工断面的上半部分，截割出巷道上半部分断面形状，之后作业人员站在作业平台上架设临时支护施工上半部帮顶、迎面锚杆。
（2）临时支护：液压支柱穿铁鞋带铁帽与顶板接实，如顶板破碎则在铁帽上别好木柈（1400 mm×120 mm×100 mm），初撑力不小于90 kN。在液压支柱的两侧各施工一根顶板锚杆并别好木柈（1400 mm×120 mm×100 mm），在这两根别柈锚杆的面向工作面方向再施工2根顶板锚杆。当将正顶顶板锚杆2-2施工完，即施工2排共4根锚杆，将液压支柱撤下，然后继续向两侧、向迎面方向逐根施工其他顶板锚杆。
（3）支护施工：施工帮、顶锚杆时使用徐工手持式气动锚杆机，呈五花布置，全断面支护，间、排距为800 mm×600 mm，锚杆外露长度为10 mm～50 mm。
（4）煤炭装运：敲帮问顶后进行临时支护，待上半部支护完成后，通过综掘机将煤岩体装载运输，通过第一、第二运输机将煤转载到S2胶带下山→井底煤仓→主井。
（5）挂网、注混凝土：支架铺设810 mm×510 mm钢筋网及席子，按要求铺平，网间距小于50 mm，互相平行铺好，用Φ1.6 mm（16#）铁线绑牢;注混凝土时，混凝土按C20配制，配合比为水泥∶砂子∶石子=1∶2∶2，选用42.5级普通硅酸盐水泥，砂子选用中砂，石子选用碎石，必须保证拌料均匀，严格控制水灰比为0.5;保证棚后300 mm厚度的混凝土;执行“见四充三”，要保证注严、注实。
1.2 技术特点
（1）圆形巷道综掘机
根据大平煤矿井下特殊的圆棚支护方式，大平煤矿成功借鉴了小康矿与佳木斯煤机厂共同研发的可截割圆形断面的EBZ160C型综掘机，在S2S8综放面运输巷完成掘进施工。它能满足在松软顶、底板条件下，正常截割并使用U型钢可缩支架对圆形巷道支护时，实现综掘机正常的巷道掘进、物料输送、行走、支护等作业，取缔掘进打眼放炮的施工工艺。
EBZ160C综掘机集成了国际先进技术，整机较拱形、梯形巷道所使用的综掘机具有以下技术特点。
①截割部根据具体软岩地质条件选配了可伸缩结构形式，伸缩行程700 mm。截割高度达到5 000 mm，截割宽度达到6 200 mm，避免了综掘机截割时因机身频繁升降导致联结螺栓频繁崩断等机械故障的发生，减少了机器在巷道内频繁前进后退对底板的破坏，加快了作业进度。
②大平煤矿S1采区使用的EBZ260综掘机其铲煤板前端为矩形直角边，在割落煤矸的收集装载过程中，刮卡圆棚底梁，只能施工拱形巷道，不能用于圆形巷道掘进施工。由此根据圆形巷道特点，特将铲板前端采用圆弧形设计，并且铲板可伸缩，铲板伸缩行程850 mm，实现圆形巷道掘进中铲板的完全卧底，从而提高了物料收集的效率。
（2）行走辅助橡胶垫
为了便于圆弧巷道特殊环境综掘机的行走，特研制行走辅助橡胶垫，由 60块高强度橡胶垫组成，铺设在已掘圆弧巷道中铺设的底钢梁上，对综掘机进行支撑，以增加巷道底板强度，使用时将底钢梁弧底处垫平，铺设行走橡胶垫，实现综掘机在圆弧巷道的行走。
2 炮掘进工艺的不足
（1）一直以来，大平煤矿两顺掘进均采用炮掘工艺，由于软岩强度低，放炮破岩产生的震动对巷道影响很大，常常出现，前掘后修的局面，采用了综掘技术以后，极大地降低了围岩应力的二次分布及释放，降低了联合支护强度，减缓了可缩棚的变形速率，极大延长了联合支护的寿命。
（2）传统炮掘工艺在掘进、运输和巷道支护等环节中设备的机械化程度落后，各工序间相互制约，工效低、工人劳动强度大，物料运输全靠人拉肩扛，导致掘进施工进度慢、安全事故频发、采掘接续紧张。
（3）以往掘进施工时，采用打45°～55°超前控顶锚杆进行暴露后的煤岩超前控顶，因煤岩层松软、节理裂隙发育，加之前方未知煤岩体中存在局部地质构造，超前锚杆易随滑面、断层落下而失效，存在一定的危险因素。
（4）随着软岩巷道支护方式与施工工艺的改革，大平煤矿曾经采用过综掘机施工圆形断面巷道，但是，由于综掘机的截割高度、宽度不到位，不能满足要求，还需放炮破岩休整圆形巷道断面，降低了掘进工效;另外，由于软岩强度低，放炮破岩产生的震动，易造成围岩局部应力集中，给巷道支护带来困难。
3 结论
通过在大平煤矿S2S8综放面运输巷试行的综掘技术实，使巷道掘进水平由原来炮掘的月进110 m水平提高至170 m，并把工人的出勤率提高到了91%以上，还获得了以下技术成果。
（1）验证了软岩工程圆形巷道综掘技术，实现了软岩圆形巷道的掘进、装载、运输的连续机械化，技术先进、应用可靠，施工效率高、速度快、安全等优点。
（2）首次采用合作研发的适应施工圆形断面的EBZ160C综掘机，在国内外应用此综掘机尚属首例。该综掘机不仅提高了截割高度和截割范围，而且实现了圆形巷道掘进中铲板的完全卧底，从而提高了物料收集的效率。
（3）为了圆弧巷道特殊环境下综掘机的行走，特研制行走辅助橡胶垫，实现综掘机在圆形巷道的行走。
（4）首次采用液压支柱临时支护，降低了安全风险的同时提高了劳动效率，可反复泄压，降低了原有支护的成本。
参考文献
[1]徐永圻.煤矿开采学[M].徐州：中国矿业大学出版社，1991.
[2]孙宝铮.煤矿开采设计[M].徐州：中国矿业大学出版社，1991.
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