下分層快速掘進(jìn)的研究
作者：于青鋒 李延林 孫曉哲摘要：采用EBZ-200H綜掘機(jī)施工，加強(qiáng)頂板控制，采用梯形工字鋼雙倍板支護(hù)。控制巷道煤層自燃發(fā)火。半煤巖綜掘機(jī)、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(jìn)值得推廣的施工方法。
關(guān)鍵詞：下分層；快速掘進(jìn)；施工措施
一、十三礦礦井及地質(zhì)概況
平煤天安十三礦己二采區(qū)位于礦井井田西翼，采區(qū)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(qū)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(wěn)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(zhì)泥巖，泥巖和細(xì)中粒砂巖。煤層頂板穩(wěn)定性在全區(qū)分布不一，按其巖性和抗壓強(qiáng)度可分為1、2、3類，由西向東逐漸趨于穩(wěn)定，其中1類頂板為砂質(zhì)泥巖和泥巖，厚度大于2.3m，單向抗壓強(qiáng)度12—30MPa，3類頂板為細(xì)中粒砂巖，其單向抗壓強(qiáng)度大于80MPa，2類頂板為中等穩(wěn)定頂板，巖性介于1、2類頂板之間。煤層底板為細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖和粉砂巖三層。
平煤天安十三礦己二采區(qū)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(fēng)下山沿己15-17煤層頂板布置在頂板巖層中。工作面的設(shè)計(jì)均采用走向長(zhǎng)壁全部陷落法采煤方法，自上而下共劃分6個(gè)區(qū)段，區(qū)段煤柱保留20m。目前12032工作面正在施工，且12032風(fēng)巷已經(jīng)施工到位，12032切眼正在施工，切眼布置在上分層，12032機(jī)巷已施工1000米左右，還有560米巷道沒有施工。
二、十三礦地質(zhì)應(yīng)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(yīng)力比較大，造成巷道施工后礦壓顯現(xiàn)比較明顯，支護(hù)的難度也比較大，尤其是頂板不是太好，無(wú)法使用錨桿支護(hù)的工作面，鋼質(zhì)支護(hù)變現(xiàn)的比較困難，尤其是斷層附近，可縮性支架都無(wú)法滿足支護(hù)需要，經(jīng)常出現(xiàn)返修棚子的現(xiàn)象，給生產(chǎn)做成了較大的困難。我們?cè)谥ёo(hù)形式上一般采用U型鋼支護(hù)或者梯形棚子支護(hù)，尤其是梯形棚子支護(hù)，給我們的支護(hù)帶來(lái)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(lái)了一定的難度。所以我們采用雙倍板解決該項(xiàng)難題，背板的折斷率下降到最低限度。
三、十三礦煤層自燃發(fā)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(fā)火期為1—3個(gè)月，而實(shí)際施工過(guò)程中，己三軌道下山只有15天的時(shí)間就自燃發(fā)火了。自燃發(fā)火給安全帶來(lái)了不安全的隱患，在下分層施工過(guò)程中，必須把防止煤層自燃發(fā)火作為重中之重的工作來(lái)自抓。
四、綜掘機(jī)使用情況概述
我們采用的綜掘機(jī)為EBZ-200綜掘機(jī)，綜掘機(jī)的功率220KW，整個(gè)機(jī)器重65噸，炮頭直徑0.6米，炮頭的截尺數(shù)量為30個(gè)，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(jīng)濟(jì)硬度為f≤8，爬坡最大為17度。該綜掘機(jī)工作期間穩(wěn)定性較好，切割煤體時(shí)效率較高，對(duì)于硬度較小的半煤巖也能顯示出機(jī)械化的優(yōu)勢(shì)。
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(qū)內(nèi)沒有水，造成巷道的頂板銹結(jié)不好，一般煤層以上0.8m左右的下分層頂板銹結(jié)較好，并且沒有大塊矸石，但是如果再往上破頂?shù)脑�，就�?huì)出現(xiàn)大塊矸石，破巖石給我們帶來(lái)了一定的難度。在9、10月份兩個(gè)月的施工過(guò)程中，我們?yōu)榱溯^好的控制頂板，降低大塊矸石對(duì)施工的影響，我們采取破底施工。 在施工過(guò)程中，施工進(jìn)度非常慢，一個(gè)班只能干兩架，每一個(gè)班消耗截尺5—8個(gè)，一個(gè)月光截尺消耗150個(gè)左右，每一個(gè)截尺400元，每月光截尺就消耗材料費(fèi)6萬(wàn)左右，給經(jīng)營(yíng)管理帶來(lái)了極大的壓力，并且一個(gè)月的進(jìn)尺只有120米左右。切割巖石的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的損害也比較大，尤其是炮頭的磨損比較嚴(yán)重。于是我們研究破頂避底進(jìn)行施工，在開始施工的過(guò)程中，大塊矸石給生產(chǎn)帶來(lái)的影響比較嚴(yán)重，在處理大塊矸石的時(shí)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(shí)，必須注意施工方法，如果一次切割深度較深時(shí)，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(huì)較大，并且大塊矸石跨落以后，勢(shì)必會(huì)造成巷道空頂，如果下分層頂板銹結(jié)不是太好，就造成頂板更進(jìn)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(lái)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(lái)的不利影響，提高了施工效率。同時(shí)避免巷道空頂造成自燃發(fā)火現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)，我們改變?cè)瓉?lái)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(fù)利用的穿楔，不但節(jié)約了材料費(fèi)，而且還增加穿楔的強(qiáng)度，有利用頂板的控制。從施工的情況來(lái)看，達(dá)到了預(yù)期的目的。
六、執(zhí)行措施的主要效果
（一）巷道的支護(hù)情況
在掘進(jìn)期間，我們根據(jù)下分層巷道壓力情況，科學(xué)施策，采用梯形工字鋼支護(hù)，為了防止頂板背板折斷造成冒頂，我們采取增加背板的強(qiáng)度的措施，由原來(lái)的單背板改為雙倍板，有效的提高了背板的支護(hù)強(qiáng)度。頂部同時(shí)采用直徑4mm的鋼筋網(wǎng)，并且網(wǎng)的搭接長(zhǎng)度為100mm，并且用12#扎絲每200mm設(shè)一道扎絲。棚子的間距不超過(guò)600mm，棚子的支護(hù)強(qiáng)度基本滿足了礦壓的需求，同時(shí)提高了架棚的速度。通過(guò)這幾個(gè)月施工的情況來(lái)看，巷道支護(hù)情況良好，并且棚子沒有出現(xiàn)變形現(xiàn)象，支護(hù)基本滿足支護(hù)強(qiáng)度的需求。
（二）施工進(jìn)度與效果
通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)施，我們的施工速度有了較大的提高，施工進(jìn)度由原來(lái)的120米左右，提高到260米以上，尤其是我們?cè)谏a(chǎn)組織上，創(chuàng)出了日進(jìn)尺20米、小班單進(jìn)8米的好成績(jī)。同時(shí)在切割效果上看，我們?nèi)〉昧溯^好的經(jīng)濟(jì)切割效益。截尺的消耗量也降低到了最低限度，達(dá)到了我們立項(xiàng)研究的目的。
（三）防自燃發(fā)火工作取得了較好的效果
在掘進(jìn)巷道施工時(shí)，最繁瑣的是噴漿工作，浪費(fèi)大量的人力運(yùn)料，并且一旦巷道自燃發(fā)火以后再噴漿，給噴漿的難度會(huì)增加很大，對(duì)噴漿的質(zhì)量要求的也高，有時(shí)候復(fù)噴好幾次還不能滅火。通過(guò)控制頂板措施的實(shí)施，沒有出現(xiàn)曠幫空頂現(xiàn)象，沒有出現(xiàn)一次由于出現(xiàn)曠幫空頂現(xiàn)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(chǎn)。
（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(jīng)濟(jì)效益的一項(xiàng)舉措，并且通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，圓鐵穿楔的回收率較高，超過(guò)95%以上，并且彎曲率不超過(guò)5%，確實(shí)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(jié)束語(yǔ)
通過(guò)采用半煤巖巷掘進(jìn)機(jī)施工下分層，并且有效的采取破頂避底的施工技巧，確實(shí)取得了較好的成效，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，并且提高了施工速度。取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果和使用效果，具有較好的使用價(jià)值，安全性能比較高，該項(xiàng)目研究成功，可以說(shuō)是探索出了一條科學(xué)的、安全、快速的施工下分層施工技術(shù)，取得了良好的效果。尤其是隨著煤礦的發(fā)展，下分層的開采是煤礦發(fā)展的必走之路，他不但是礦井穩(wěn)定的需要，而且也是礦井發(fā)展的需要、是礦區(qū)和諧的需要。該項(xiàng)目的研究與實(shí)施，取得了預(yù)期的目的，值得推廣和應(yīng)用。
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