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复杂地质条件下综掘快速掘进技术实践

复杂地质条件下综掘快速掘进技术实践

张 海,李世波,陈继忠,游植贤

(河北金能邯郸矿业集团云驾岭矿,河北 武安 056301)

摘 要:云驾岭煤矿采取优化锚杆支护技术参数,合理科学的安排施工工序、优化施工工艺、细化岗位分工等措施,实现了安全、高效、快速掘进,在复杂地质条件下推广应用综掘技术进行了有益的实践。
关键词:综掘;复杂条件;锚杆支护;优化工艺;技术实践
依靠科技进步是建设安全高效矿井的必由之路。炮掘作为传统的掘进方式,在我矿已经发展到了比较高的水平。但由于炮掘迎头落煤、出煤方式的落后,在很大程度上制约了煤巷掘进速度的进一步提高。随着矿井开采逐步向下延伸、地压增大、条件恶化,采掘衔接也将日趋紧张。只有依靠科技进步,上机械化才能提高单进水平。我矿自2002年开始试验使用综掘机,在几年的生产实践中,积累了一定的经验,不断刷新记录。特别是2006年在引进安装EBZ150综掘机后,6月份创出了月单进716 m的新水平。
1 生产地区工程概况
12403工作面位于已采12401工作面的下部。副巷沿2#煤层顶板布置,与12401工作面运巷相距20 m,设计工程量1 330 m。煤层赋存基本稳定,厚度3.6 m,瓦斯含量较小,无自燃、突出现象。煤层直接顶为粉砂岩,伪顶为泥质粉砂岩,裂隙发育,较破碎,厚0.5 m左右。掘进至960 m处遇有一条落差8 m的正断层。
2 掘进工艺
2.1 巷道支护技术参数
巷道为矩形断面,净宽×中高=4.4 m×2.8 m。锚网梁+小孔径锚索补强支护。支护参数根据本地区的具体地质条件进行了优化加强。具体参数为:
(1) 顶板支护为Φ20×2 200 mm的左旋螺纹钢锚杆,间排距800 mm×800 mm。顶梁为Φ16 mm的圆钢焊接而成的梯形梁。顶网为Φ6.5 mm钢筋网片,规格为900 mm×1 200 mm。顶锚索为Φ17.8 mm长度7.0 m的钢绞线及配套索具。锚索间距设计为1.6 m 布置一对,根据顶板情况适当加密为五花布置。
(2) 两帮支护采用锚网点锚的锚杆支护形式,间排距700 mm×800 mm ,Φ18×2 400 mm的圆钢反麻花锚杆。托盘为铁加木复合托盘;帮网采用金属菱形网。根据以往经验增加帮锚索加强两帮支护,控制两帮位移。帮锚索:Φ15.24 mm长度4.3 m的钢绞线及配套索具,上帮布置2排,下帮布置1排,间距1.5 m。
2.2 工艺流程
采用EBZ150型掘进机割煤、装煤,40T刮板输送机转运至650型带式输送机运煤,人工与小绞车运料、锚杆钻机与风煤钻分别打注顶、帮锚杆(索)支护巷道。
工艺流程为:交接班→掘进落煤、出货→敲帮问顶→移前探梁、铺网上梁→永久支护→下一循环。
3 技术关键与创新
3.1 合理安排工序
充分利用作业时间,合理安排施工工序,是提高掘进速度最有效的途径。该地区施工特点是:参加人员多,施工工序多,作业空间和时间有限。为减少互相影响,以掘进机割煤和顶板支护为主要施工工序,其他工序均在该时间段交叉平行作业。具体工序衔接为:

3.2 优化施工工艺
实现高进高效,就是要抓好正规循环。通过认真的现场调查和工序测算,确定正规循环为:掘、支交叉平行作业,循环进尺2.4 m,循环时间2 h;每小班4个循环,小班进尺9.6 m。通过正规循环作业能够使作业人员在工作中明确各自的作业内容、作业时间、工作量等,熟练之后做到心中有数,默契配合,又可以缩短循环时间,加快作业速度。本次实践中小班最多进尺16排(12.8 m),日进44排(35.2 m),实现6个循环。
3.3 细化岗位分工
在劳动组织上,采用“三八”工作制。小班内各岗位均固定人员,工作内容、工作量及质量要求相对稳定,一般情况下不更换。按照工序和循环要求完成自己的工作。从而使人员分工专业化,井然有序,忙而不乱,最大程度的发挥机械和人工效率。具体人员安排见表1。

表1  劳动组织表

工序工种小班人员备注
掘进割煤掘进机司机2人掘进机操作和检修
迎头顶板支护锚杆(索)支护工8人3~4台锚杆钻机同时作业
迎头两帮支护锚杆(索)支护工5人上帮3人,下帮2人
后路支护锚杆(索)支护工4人兼铺镏子
辅助运输胶带、溜子司机2人兼锚杆、网片预联、铺溜子
铺轨道、运料工3人每天2班作业,每班3人
机电维修机电维修工1人
合计 25人每天共用工75个

3.4 复杂条件下专项措施
施工中,厚度300~500 mm的伪顶,超过1.5 m左右就局部自行掉落。这给人员的安全造成很大威胁,也严重影响了施工的速度。遇到这种情况,采取制定了及时打点锚杆预先控制顶板及改变施工工艺的方法,每割1架棚(0.8 m)立即实施支护:上顶网→移前探梁→联网→退掘进机→打中部3根顶锚杆(兼作临时支护)→掘进机继续割煤1架(0.8 m)→永久支护。循环进尺缩小为1.6 m。要求顶锚索距迎头不超过1.6 m。这样既减少了掘进机频繁进退占用时间,又杜绝了空顶作业,保证了安全。
根据煤的结构、性质决定掘进机进刀方式。当煤层较硬、裂隙不发育时,先从底部进刀,再割中部、上部的煤,然后割两帮;当煤层节理发育、松软时,先从顶部进刀,再割中部、下部以及两帮的煤。该地区特点是上帮容易片落,易出现超挖。针对这种情况,采取了上帮顶部2根锚杆及时打设,底部3根锚杆错台阶拖后打设的方法。预留上帮底角煤柱1.2~1.5 m左右,留到后路用“手镐刷平”,再注帮锚杆,有效地控制了巷道上帮成型。
3.5 “机轨合一”保证运输
快速掘进中,平均每小班进尺达到9.6 m左右,需要锚杆180根,各种网84片、锚索36根、托盘、树脂药卷、梯子梁等共计约合6罐车物料,还有备用设备、小型材料,全天生产用料总计达25罐(车)。单靠人拉肩扛不但费力,同时也不能满足快速掘进需求。为此,在掘进巷道下帮铺设胶带运输机往外运煤,同时上帮铺轨道,用罐车运材料,做到“机轨合一”,不但保证了材料供应,同时降低了工人的劳动强度,减少了后路用工。
3.6 落实责任,保证质量
实行工程质量动态达标,掘进巷道制定“挂牌管理制度”。建立施工质量原始记录台账。每架棚、每根锚杆,都做出明确标记、编号并挂牌管理,由班长升井后认真填写,区队负责保管。台账和现场相对照,责任落实到人,便于检查和责任追究。在井下现场交接班过程中实行“班评估”制度,对照质量标准由班组长和质量验收员评估上一班的施工质量,奖优罚劣,升井后把评估单交到区队保管,增强了施工人员的质量意识,有效的保证了工程质量全优。
4 结束语
(1) 综掘快速掘进与传统的炮掘施工方法相比,具有掘进生产效率高、减少对围岩的震动破坏、安全有保障、巷道返修率低、作业人员劳动强度低等许多优点。
(2) 该技术实践成功的吸收、运用了一系列锚杆支护的先进、成熟技术;科学合理的安排了施工工艺和多种工序;实行了“机轨合一”,很好的解决了大量材料的供应问题;克服了顶板破碎、上帮片冒以及过断层、煤层变薄等不利因素的影响。2006年6月实现了单进716 m。在国内同行业处于了领先水平。
(3) 为复杂地质条件下,推广应用综掘技术树立了信心,提供了有价值的经验。
第一作者简介:张海(1966—),男,河北怀来人,采煤工程师,河北金能邯郸矿业集团云驾岭矿副总工程师

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