下分層快速掘進的研究
作者：于青鋒 李延林 孫曉哲摘要：采用EBZ-200H綜掘機施工，加強頂板控制，采用梯形工字鋼雙倍板支護。控制巷道煤層自燃發火。半煤巖綜掘機、破頂避底噴漿封閉措施的施工，加快了施工速度，是下分層快速掘進值得推廣的施工方法。
關鍵詞：下分層；快速掘進；施工措施
一、十三礦礦井及地質概況
平煤天安十三礦己二采區位于礦井井田西翼，采區北部防水煤柱為界，南部以-525西大巷為界，東部以礦井東西采取邊界斷層為界，西部以下塮正斷層為界，己二采區主采煤層為己15-17合層煤，煤厚3.49—12.87m，平均6.1m，煤厚基本穩定，煤層傾角15°—25°，平均22°。煤層由上而下逐漸變緩。煤層頂板為砂質泥巖，泥巖和細中粒砂巖。煤層頂板穩定性在全區分布不一，按其巖性和抗壓強度可分為1、2、3類，由西向東逐漸趨于穩定，其中1類頂板為砂質泥巖和泥巖，厚度大于2.3m，單向抗壓強度12—30MPa，3類頂板為細中粒砂巖，其單向抗壓強度大于80MPa，2類頂板為中等穩定頂板，巖性介于1、2類頂板之間。煤層底板為細砂巖、砂質泥巖和粉砂巖三層。
平煤天安十三礦己二采區采用三條下山，二煤一巖。軌道下山、皮帶下山沿己15-17煤層頂板布置在煤層中，回風下山沿己15-17煤層頂板布置在頂板巖層中。工作面的設計均采用走向長壁全部陷落法采煤方法，自上而下共劃分6個區段，區段煤柱保留20m。目前12032工作面正在施工，且12032風巷已經施工到位，12032切眼正在施工，切眼布置在上分層，12032機巷已施工1000米左右，還有560米巷道沒有施工。
二、十三礦地質應力情況概述
由于十三礦煤層埋藏較深，由于受埋藏深度的影響，礦井的原巖應力比較大，造成巷道施工后礦壓顯現比較明顯，支護的難度也比較大，尤其是頂板不是太好，無法使用錨桿支護的工作面，鋼質支護變現的比較困難，尤其是斷層附近，可縮性支架都無法滿足支護需要，經常出現返修棚子的現象，給生產做成了較大的困難。我們在支護形式上一般采用U型鋼支護或者梯形棚子支護，尤其是梯形棚子支護，給我們的支護帶來了操作上的方便。但是也存在一定的問題，即背板容易斷，造成棚子漏頂，給維修也帶來了一定的難度。所以我們采用雙倍板解決該項難題，背板的折斷率下降到最低限度。
三、十三礦煤層自燃發火狀況
十三礦煤層屬于己15-17合層煤層，屬于焦煤煤種，一般情況下自燃發火期為1—3個月，而實際施工過程中，己三軌道下山只有15天的時間就自燃發火了。自燃發火給安全帶來了不安全的隱患，在下分層施工過程中，必須把防止煤層自燃發火作為重中之重的工作來自抓。
四、綜掘機使用情況概述
我們采用的綜掘機為EBZ-200綜掘機，綜掘機的功率220KW，整個機器重65噸，炮頭直徑0.6米，炮頭的截尺數量為30個，鏟板寬度2.8米，炮頭切割高度最大3.2米，地隙為250mm，履帶寬度800mm，切割巖石的最大經濟硬度為f≤8，爬坡最大為17度。該綜掘機工作期間穩定性較好，切割煤體時效率較高，對于硬度較小的半煤巖也能顯示出機械化的優勢。
五、施工措施原理及施工方案
（一）由于下分層沒有假頂，并且頂板巖石一般都屬于砂巖巖性，老空區內沒有水，造成巷道的頂板銹結不好，一般煤層以上0.8m左右的下分層頂板銹結較好，并且沒有大塊矸石，但是如果再往上破頂的話，就會出現大塊矸石，破巖石給我們帶來了一定的難度。在9、10月份兩個月的施工過程中，我們為了較好的控制頂板，降低大塊矸石對施工的影響，我們采取破底施工。 在施工過程中，施工進度非常慢，一個班只能干兩架，每一個班消耗截尺5—8個，一個月光截尺消耗150個左右，每一個截尺400元，每月光截尺就消耗材料費6萬左右，給經營管理帶來了極大的壓力，并且一個月的進尺只有120米左右。切割巖石的過程中，我們發現對機器的損害也比較大，尤其是炮頭的磨損比較嚴重。于是我們研究破頂避底進行施工，在開始施工的過程中，大塊矸石給生產帶來的影響比較嚴重，在處理大塊矸石的時候，我們投入了大量的人力，頂板空頂也比較多，剎頂使用的物料也比較多，并且存在著很大的安全隱患。
（二）破頂施工時，必須注意施工方法，如果一次切割深度較深時，或者一次切割兩架棚子的話，容易造成大塊巖石的跨落，處理大塊矸石的工作量就會較大，并且大塊矸石跨落以后，勢必會造成巷道空頂，如果下分層頂板銹結不是太好，就造成頂板更進一步跨落，形成頂板事故。在破頂施工方法上，我們采取小深度切割，可以控制大塊矸石，并且可以使大塊矸石不至于一次跨落，并且可以有序的破除大塊矸石，從而降低了處理大塊矸石所帶來的不利影響。
（三）使用穿楔控制頂板，避免頂板矸石的跨落，并且減少了頂板巖石的跨落給施工帶來的不利影響，提高了施工效率。同時避免巷道空頂造成自燃發火現象的發生。同時，我們改變原來的直徑41的管縫錨桿作為穿楔，采用直徑30的圓鐵作為重復利用的穿楔，不但節約了材料費，而且還增加穿楔的強度，有利用頂板的控制。從施工的情況來看，達到了預期的目的。
六、執行措施的主要效果
（一）巷道的支護情況
在掘進期間，我們根據下分層巷道壓力情況，科學施策，采用梯形工字鋼支護，為了防止頂板背板折斷造成冒頂，我們采取增加背板的強度的措施，由原來的單背板改為雙倍板，有效的提高了背板的支護強度。頂部同時采用直徑4mm的鋼筋網，并且網的搭接長度為100mm，并且用12#扎絲每200mm設一道扎絲。棚子的間距不超過600mm，棚子的支護強度基本滿足了礦壓的需求，同時提高了架棚的速度。通過這幾個月施工的情況來看，巷道支護情況良好，并且棚子沒有出現變形現象，支護基本滿足支護強度的需求。
（二）施工進度與效果
通過該項目的實施，我們的施工速度有了較大的提高，施工進度由原來的120米左右，提高到260米以上，尤其是我們在生產組織上，創出了日進尺20米、小班單進8米的好成績。同時在切割效果上看，我們取得了較好的經濟切割效益。截尺的消耗量也降低到了最低限度，達到了我們立項研究的目的。
（三）防自燃發火工作取得了較好的效果
在掘進巷道施工時，最繁瑣的是噴漿工作，浪費大量的人力運料，并且一旦巷道自燃發火以后再噴漿，給噴漿的難度會增加很大，對噴漿的質量要求的也高，有時候復噴好幾次還不能滅火。通過控制頂板措施的實施，沒有出現曠幫空頂現象，沒有出現一次由于出現曠幫空頂現象而造成自燃，也沒有因此而造成噴漿封閉工作而影響生產。
（四）圓鐵穿楔控制頂板取得了較好的效益
圓鐵穿楔代替管縫錨桿，是控制頂板、提高經濟效益的一項舉措，并且通過現場實施，圓鐵穿楔的回收率較高，超過95%以上，并且彎曲率不超過5%，確實有效的控制工作面上方大塊矸石的跨落，有效的控制了下分層頂板。
六、結束語
通過采用半煤巖巷掘進機施工下分層，并且有效的采取破頂避底的施工技巧，確實取得了較好的成效，取得了較好的經濟效益，并且提高了施工速度。取得了較好的經濟效果和使用效果，具有較好的使用價值，安全性能比較高，該項目研究成功，可以說是探索出了一條科學的、安全、快速的施工下分層施工技術，取得了良好的效果。尤其是隨著煤礦的發展，下分層的開采是煤礦發展的必走之路，他不但是礦井穩定的需要，而且也是礦井發展的需要、是礦區和諧的需要。該項目的研究與實施，取得了預期的目的，值得推廣和應用。
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