煤巷大倾角上山机掘技术应用

摘要：针对我矿地质条件复杂，掘进效率较低，生产接替压力大的特点，改进掘进工艺，打破掘进机上山掘进最大坡度为16°的限制，在26度上山煤巷掘进中成功应用掘进机掘进。对施工工艺、支护工艺及设备使用安全做出分析，推广开来实现复杂条件下安全高效掘进。

关键词：掘进机 26度上山煤巷 安全高效掘进

1 基本情况介绍

葛泉矿井田地质条件复杂，煤层赋存不规则，在工作面顺槽的掘进中煤层经常出现异常，需要大坡度上下山掘进。我矿掘进时采用EBZ100型掘进机，该型号掘进机属于悬臂式纵向截割的部分断面掘进机，可用于截割任意断面形状的井下巷道。该掘进机适应坡度在±16度左右，按照正常工艺掘进不能适应我矿特殊地质条件下掘进需求，只能改为炮掘，掘进效率较低，工作面圈掘时间较预期延长，影响工作面正常接替。为解决大坡度上下山掘进问题，经过长时间的研究及经验积累，形成了一整套大坡度上山机掘工艺经验，并在我矿1621工作面成功应用。

1621工作面位于葛泉矿南翼二采区，夹在F7断层及F4-3断层之间，东为2#煤露头，西为铁路保护煤柱，南为F4-3断层，北为F7断层。掘进总工程量1144m，其中1621运输巷473m，1621运料巷547m，1621切眼30m，1621探巷85m，绞车窝9m。该工作面总体为单斜，东高西低，煤层倾角最小10度，最大28度，平均19度；根据该区域钻孔资料分析，煤层厚度基本稳定，在2.16～4.01m之间，平均煤厚2.8m。1621工作面平均走向长420m，平均倾斜长95m，设计储量15.6万吨。按月产3.0万吨，服务时间为5.2个月。运输巷、运料巷设计规格均为4×2.8m，采用锚网索联合支护。为保证南翼工作面正常接替，工作面两巷拟采用掘进机施工。实际掘进中，煤层倾角最大达到28度，经过认真研究、探索、实践，采用“台阶式掘进”技术，解决掘进机大坡度上山掘进问题，并采用一系列措施解决了施工期间掘进机下滑和后路可伸缩80皮带大坡度情况下的安全延长问题。

2 “台阶式”大坡度上山掘进成功历程

2.1 研究思路 根据EBZ100掘进机的适用条件及现场实际施工情况可以知道，上山机掘时，其适合于上山坡度在16度或小于16度的情况，大于16度，就会出现掘进机履带打滑，无法正常爬坡。有时采取后支撑垫方木等方法，但是改变坡度范围较小，难以适应高达28°坡度的施工要求。所以，将掘进机上山掘进坡度定为已知条件，再寻找其他可改变因素，也就是改变巷道坡度。也就是采取措施，使施工现场的坡度由大坡度“变”为16度，像爬“台阶”一样，使掘进机始终处于16度上山坡度范围内，确保掘进机先站稳，履带不出现下滑，然后实现掘进机进行正常煤壁截割。按照该项思路进行实际施工验证。

2.2 实际施工 在思路上感觉可行后，将该掘进方案投入到实际生产中，实际生产中发现其他问题。

掘进机能够爬上大于16度的坡度巷道后，进行正常的煤壁截割和出煤。但是，由于台阶长度有限，只能在掘进机履带爬行范围内，掘进机后路巷道坡度仍较大，掘进机的截割问题解决了，但是迎头煤层截割高度较大，后路巷道坡度仍较大，桥式皮带及运输机都处于大坡度上，掘进机截割时迎头产生的煤、岩块会直接翻滚而下，对掘进机铲板两侧清煤人员的安全产生威胁，刮板输送机机头到转载皮带转载点、转载皮带机头至80皮带机头转载点和转载皮带及80皮带上都会出现煤、岩块在皮带上滚动、滑落的情况，随时威胁着后路行人及施工人员的安全，运输问题上具有重大安全隐患，必须解决滚渣问题。

另外，掘进机后各运输设备均处于正常煤层坡度上，设备的延长及固定问题显现出来。转载皮带后的80皮带，必须随掘进机向前掘进，及时进行间隔延长，才能使整个运输系统不断线。在平巷或坡度较小情况下的延长，80皮带机尾由掘进机后连接的液压千斤顶拖到哪里就停在哪里，不会自己移动。而18度以上的坡度则会由于皮带机尾自重的下滑力及长距离大坡度情况下顶、底皮带自重的下滑力的作用，当千斤顶将机尾拖到某一处后机尾会自动向下滑动，不仅带来工作上的返工，而且给延长机尾的施工人员及机尾以下的施工人员带来安全隐患。必须采取措施对皮带机尾进行固定，防其下滑。

2.3 解决施工难题措施

2.3.1 掘进机大坡度上山“台阶式”行走掘进工艺。结合掘进机尺寸，并经过实际施工试验，“台阶”定为宽3.2～3.5m，坡度为上山14～16度。掘进时两排为一个循环，每排0.9m，循环进尺1.8m，实际截割至少2m。为保证每班至少进行两个循环，确定台阶的长度为5-7m。

台阶的施工主要通过前头掘进机炮头卧底，后头在掘进机的履带下、后支撑下交替加垫规格为0.8m长的半圆、道木，使掘进机掘进适用范围加大，形成14～16度的台阶，便于掘进机爬坡。

台阶施工的关键为履带及后支撑下的支垫，施工中，每班抽调专门人员负责这项工作。要求掘进机每侧各配2人共4人专门负责履带和后支撑的支垫。支垫施工的顺序为：支垫左右后支撑打起左右后支撑支垫左右履带放下左右后支撑支垫左右后支撑。这样循环往复进行，直到履带的坡度达到掘进机工作适应坡度。支垫过程中，支垫人员与掘进机司机必须相互喊话呼应配合。同时，为预防事故发生，要求支垫过程中，当班的班组长必须现场指挥，并负责观察掘进机的行进情况，当发现异常时，必须及时示警撤人。

施工台阶使迎头巷道净高增加0.6～0.8m，当掘进机履带通过后，要及时将掘进机两侧的浮煤填于机身后，保证巷道成形。由于掘进机履带正前、机身正前和铲板下存有的浮煤会阻碍其向上行走，增加其爬坡难度。所以，要求在掘进机支垫好准备行走爬坡前，必须对履带正前、机身正前和铲板下的浮煤进行清理，为掘进机爬坡清除障碍，减少阻力。

2.3.2 针对大坡度机掘施工采取的安全措施。为解决截割时迎头煤、岩块滚落，威胁掘进机两侧清煤人员的安全问题，经过现场观察分析，采取如下措施：要求清煤人员在掘进机截割迎头断面下半部分时进行清煤，因为此时产生的煤、岩块由于坡度小不会滚动；当截割上半部分断面时，停止清煤，站于巷道安全侧，同时，采取手持高1m宽0.5m厚0.03m的木板护住两腿及两脚的措施，防止煤、岩块滚动伤及腿和脚。

对于后路运输设备滚渣问题，采取如下措施：①转载皮带两侧分别加设0.6m高的隔离护网，防止煤、岩块自转载皮带上滚落伤人。②转载皮带机头和80皮带机尾搭接处吊设长5m左右的废旧皮带，使落煤点处飞动的煤、岩块动能在废旧皮带的阻挡下消除，从源头上减少煤、岩块的飞滚。③在80皮带人行道侧的纵梁及顶板之间采用8#铅丝联接0.85×5m规格的帮网组成防护网。每间隔3m采用8#铅丝双股交叉穿入帮网中，将帮网固定在纵梁和顶板顶钢带之间，起到绷紧和固定的作用，同时，帮网和纵梁之间及帮网和顶钢带之间均采用14#铅丝双股间隔0.2m固定，防止滚动的煤、岩块飞出皮带的范围伤人。

2.3.3 固定皮带机尾，防止皮带下滑。针对80皮带机尾下滑的情况，将延长皮带分为两步进行控制。第一步是控制皮带在液压千斤顶没有将机尾拖到位前即拖移期间的临时下滑问题，第二步是皮带机尾拖动到位后的机尾固定。

机尾没有拖到位前，由于液压千斤顶与掘进机之间连接的40T大链需要不断缩短，必须将大链从跟皮带机尾连接的液压千斤顶上临时拆除，由于此时机尾没有任何控制措施，这就为机尾下滑提供了条件。要想避免机尾下滑，就必须在大链从跟皮带机尾连接的液压千斤顶上拆除前，将皮带机尾临时固定住。固定时采用两根3m的皮带纵梁分别戗在皮带机尾与巷道两帮之间，临时固定住皮带机尾。纵梁的一头戗于皮带机尾架的钢板加固三角处，另一头加垫木盘戗于巷帮，并要求纵梁两侧对称戗好机尾。做好临时加固，确认机尾没有下滑的危险后，方可拆除液压千斤顶上的大链，采用该临时加固方式，将机尾拖移到位。机尾拖到位后，将皮带机尾固定。固定时采用2根Φ16×2000mm的圆钢帮锚杆分别配1卷Z2360的树脂药卷进行地锚固定。为了预留树脂药卷凝固时间，地锚必须提前在预定的机尾位置提前打好，在机尾拉到位后，先采用40T大链配合锚兰、螺栓将机尾连接到地锚上进行固定，然后方可拆除液压千斤顶上的大链，达到防止机尾下滑的目的。

3 结束语

通过采用人为改变巷道坡度为掘进机适宜爬坡坡度、强化对掘进机的支垫、迎头采用错时清煤、运输转载点采用吊挂皮带防飞块、皮带两侧采用加挂专门防护网防煤岩块滚动伤人、延长皮带采用纵梁临时戗皮带机尾、地锚固定皮带机尾等措施，采用EBZ100掘进机在1621运输巷巷道坡度由10度增加到最大的26度的施工过程中，机掘进尺每小班始终保持在4排，全天进尺保持在12排即10.8m的进度。与原来相同坡度情况下采用炮掘相比，效率提高至少一倍以上。

目前，井工煤矿往往地质条件比较复杂，受地质条件限制，巷道施工过程中，常会出现巷道坡度变化较大的情况。探索、研究大坡度机掘施工技术，必将会有力提高巷道掘进速度，促进煤矿高产高效矿井建设步伐，具有较好的应用前景和现实意义。

参考文献：

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[2]马平，徐春江，王正华.机掘工作面通风与除尘方式的探讨[J]. 煤矿机械，1996（04）.

[3]胡宁.掘进机自动掘进系统的研究与应用[D].重庆大学，2006.

作者简介：王义省（1967-），男，河北邢台人，中级工程师。