1622运料巷极复杂条件下沿空托顶煤大坡度机掘施工工艺研究与实践应用

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摘 要：介绍了葛泉矿首个复杂条件下沿空托顶煤大坡度机掘施工工艺研究与实践应用，施工过程中针对1622运料巷外段上帮预留煤柱较小、巷道后期顶底板及两帮变形量较大、控制巷道两帮成型及巷道顶板安全、工作面瓦斯异常、近冲积层下大坡度托顶煤施工及对施工过程中的大坡度爬坡、大坡度机掘安全施工、大坡度皮带延长的异常施工难题进行了分析，制定了切实可行的各项安全技术措施，取得了较好的施工效果。

关键词：高瓦斯；大坡度机掘；近冲积层

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.10.112

1 概述

葛泉矿1622工作面位于南翼2#煤二采区；东南为2#煤露头，西南为DF4-3断层，西北为南翼二采区轨道上山，东北为1621工作面。工作面总体为单斜东高西低，煤层倾角平均18°，厚度平均为4.5m。运料巷与1621工作面采空区毗邻，由于受采空区动压影响运料巷围岩受到一定程度破坏。工作面局部坡度达到30°以及工作面里段后期需在冲积层下改为托顶煤施工，增加了掘进施工巷道支护难度。沿空留巷施工本身面临着巷道围岩破坏，支护困难等施工难题。

2 重点环节影响因素分析

2.1 瓦斯因素分析

由于该工作面为南翼瓦斯异常区，稍有不慎施工过程中就会造成瓦斯超限，进而引起更大的瓦斯事故。

2.2 近冲积层下大坡度沿空托顶煤施工因素分析

（1）为多回收资源运料巷选择沿空掘巷，1621采空区对运料巷围岩造成一定程度的破坏。

（2）工作面里段煤层厚度增大采取托顶煤施工，南翼2#煤层松软破碎加大了顶板管理难度。

（3）工作面大坡度爬坡施工难题分析。根据EBZ135型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度的情况>16度就会出现掘进机履带打滑无法正常爬坡。

（4）工作面运料巷后期面临近冲积层掘进，由于南翼2#煤煤层松软破碎且局部地段有淋水情况，施工过程中还要沿断层边缘采用托顶煤施工工艺，给安全掘进施工带来许多施工难题。

2.3 运输环节影响因素

（1）大坡度机掘施工安全：根据施工现场的实际情况观察，掘进机截割时迎头产生的煤、岩块会随时产生安全隐患。煤、岩块对铲板两侧清煤人员的安全威胁，必须采取措施降低迎头煤、岩块对清煤人员的伤害。同时掘进机出煤是通过自身的刮板输送机将煤运至掘进机后与其连接的转载皮带，通过转载皮带将煤运至其后的80皮带上再向外运输。由于巷道坡度较大，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，随时威胁着所有施工人员的安全，从而为现场施工人员带来重大安全隐患。

（2）大坡度80皮带的安全延长：掘进机转载皮带后的80皮带，是保证掘进机截割期间进行连续运输的重要一环，及时进行间隔延长，才能使整个运输系统不断线。而坡度>18°则会出现皮带机尾下滑力情况，当千斤顶将机尾拖到某处后机尾会自动向下滑动，给延长机尾的施工人员及机尾以下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以防其下滑。

3 重点环节影响因素措施

3.1 针对运料巷局部瓦斯涌出异常采取以下措施

完善瓦斯异常区的管理机制，成立以区长为首、机电副区长、包队副区长等参加的瓦斯异常管理小组并明确任分工。由于1622运料巷瓦斯异常无法满足安全生产，根据生产需要，将1622运料巷ZJT-45/660SF型号的变频开关配BKJ-2×15KW对旋局部通风机，更换为ZJT-60/660型号的变频开关配BKJ-2×30KW对旋局部通风机通风，并将风筒改为直径为800mm的风筒通风，掘进施工过程中由于巷道瓦斯异常，将工作面中间进刀方式改为上行割煤方式，在后路运料巷与南翼二采运输上山交叉口处安设瓦斯传感器，由当班瓦斯员负责观测，当后路瓦斯已达到临界点，当班皮带司机必须立即停止皮带运转，掘进机司机必须停止割煤，待瓦斯探头读数降到0.4%以下时方可正常作业。加强与有关职能科室的沟通与联系，对工作面出现的瓦斯异常及时采取应对措施。要求班组长必须与瓦斯员进行沟通，交换瓦斯浓度数据同时对瓦斯检测设备进行监控；值班人员要与通风区瓦斯值班员联系，确保风机开关处于正常状态。

3.2 针对近冲积层下大坡度沿空托顶煤施工影响因素采取以下措施

3.2.1 沿空掘巷施工工艺措施

（1）防止1621工作面采空区矸石及积水进入巷道，研究决定在1622运料巷掘进时采用留小煤柱沿空掘巷的方式，并根据煤层顶板及施工使用等实际情况计算得留设4m煤柱。

（2）在1621工作面回采完毕10个月，采空区顶板岩石活动稳定后开始掘进。

（3）由于巷道掘进后与采空区间小煤柱受到严重破坏，对顶板支撑作用有限且巷道实际跨度和悬顶距离增加，巷道顶板压力大两帮变形严重采用帮锚索梁加固两帮，锚索分别深入顶底板加强支护质量，并采用单体+十字顶梁+靠帮梁的形式控制巷道围岩变形。

3.2.2 托顶煤施工工艺措施

（1）1622运料巷里段煤层厚度增大，采用托顶煤施工最大托顶煤厚度为4.5m，顶锚杆长度取2.2m，间排距800×800mm；帮锚杆长度取2m，间排距800×800mm，顶网均采用规格为1.2m×1m的金属网配合1.1m×5.5m的帮网组成；锚索梁布置方式由设计三路五花布置（间距2.5m、排距1.2m）改为四路加密双迈步布置，间距1.5m、排距1m，并要求锚索梁距迎头最大不超过2m，两帮帮锚杆及帮网距迎头不大于2排。

（2）由于与1621运输巷中间留设煤柱小的原因，造成巷道整体断面出现帮鼓底鼓严重变形、局部地段顶板出现断锚索等异常情况。我队及时将工作面加固方式改为沿空留巷加固方式施工，即在锚网支护巷道原有的基础上采用π型钢加单体（一梁三柱）加米梁及靠帮梁配合帮锚索梁补强支护的联合支护措施施工，并要求联合支护距迎头最大不超过20m，并要求两帮单体净间距不小于3.6m，保证皮带及轨道运输间隙，π型钢与顶板间隙采用木料褙严褙实，施工时控制循环步距，采取一排一锚顶帮支护及时跟头。顶板破碎、压力大时及时加密锚索，确保顶板支护强度。

（3）施工过程中巷道截割方式由上行割煤方式改为下行割煤方式施工，即先将巷道底板卧平卧顺后，再从中间向两端依次割至底板，上端要预留1m左右煤壁，待巷中以下煤壁截割完毕后再缓慢截割上端煤壁。待割完一排后及时安排人员打顶锚杆并上网，待一排顶锚杆施工完毕后，安排人员对本排顶锚杆进行二次预紧，各班掘进施工时只要能施工锚索当班必须及时补打，待锚索施工完后及时将锚索梁涨拉到位，保证各班锚索始终紧跟迎头。

3.2.3 大坡度机掘施工工艺措施

（1）大坡度爬坡施工措施：大坡度爬坡的基本思路为：1622运料巷里段局部坡度达到30°，由于EBZ-135型掘M机的最大爬坡能力为16°，施工过程中通过模仿人员上山走台阶的道理，人为给掘进机制造“台阶”，使EBZ-135型掘进机爬坡能力由设计的±16度，提高到了30度，顺利实现我队“台阶式”大坡度机掘施工工艺，为该面能够顺利实现圈掘发挥了重要作用。

（2）强化履带下的支垫施工措施：针对每班施工过程中，掘进机履带的支垫为掘进机能否爬坡的关键，要求每侧履带配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。直到履带的坡度为16度掘进机可以向前行走。施工过程中由于掘进机炮头卧底巷道净高增加，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，保证巷道净高符合设计要求。支垫人员与司机必须相互喊话配合，同时为预防事故发生，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。

4 近冲积层掘进施工措施

1622工作面运料巷里段沿15m冲积层煤柱线掘进，局部地段顶压力较大有淋水给施工带来较大困难，有淋水时施工锚杆锚索必须使用防水药卷保证锚杆锚索锚固力，顶板破碎压力大时加密锚索布置并施工单体配π型钢加固顶板。并建立专门的顶板应急管理机制，各班班组长负责对重点地段进行排查，发现重大隐患现场由跟班人员负责监督整改落实，确保保证顶板支护强度防止出现顶板事故。

5 结束语

5.1 社会效益

通过不断优化沿空掘巷及冲积层煤顶下托顶煤大坡度机掘施工工艺施工该工作面，不仅提高了该工作面的煤炭回收率，而且保证了我队安全快速掘进施工，取得了较好的施工效果，首次开创了我矿首个“极复杂条件下沿空托顶煤大坡度机掘施工工艺”项目研究与实践应用，并且安全高效完成了葛泉矿首个综放工作面的圈掘，积累了在近冲积层地段实现安全托顶煤掘进的宝贵经验，该工艺基本适应矿井煤层赋存厚的大部分地质情况，为今后综放工作面布置施工工艺提供了依据及经验。

5.2 经济效益

1622掘进工作面创造的效益计算如下：

（1）优化托顶煤支护设计，1622工作面两巷托顶煤长度按900m计算，可节约材料费用26100元。

（2）通过采用大坡度机掘施工工艺施工该工作面，节省人工费360000元。

（3）通过采用托顶煤施工工作面两巷，多圈原煤产量10万吨，按每吨350元/吨计算，直接经济效益达3500万元。

（4）通过优化1622极复杂条件下掘进工艺共节约资金和增加效益为3538.61万元。

作者简介：王飞（1986-），男，河北邢台人，助理工程师。