拐弯巷道机械化快速掘进技术应用

陈雪啸

（山西晋煤集团长平煤业有限责任公司，山西 晋城 048000）

1 概述

山西晋煤集团长平煤业有限责任公司53081 巷位于井田五盘区北翼，巷道北部为实煤区，东部为5308 工作面，南部为五盘区大巷，西部为53082 巷（已掘进到位）。如图1 所示。

图1 53081 巷平面布置示意图

53081 设计长度为1400m，巷道设计断面规格为宽×高=5.4×4.1m，施工巷道从五盘区胶带机巷开口沿3#煤层顶板掘进施工。3#煤层总厚度5.92m，普氏硬度为2.7～3.2，煤层最大倾角为6°，最小倾角为1°，平均倾角为3°。

3#煤层无伪顶，直接顶主要以泥岩为主，平均厚度3.13m，普氏硬度f=3.53， 抗压强度35.41MPa，抗剪强度0.84MPa，稳定性较差；基本顶主要以砂质泥岩为主，平均厚度为5.68m，普氏硬度f=4.9，抗压强度48.79MPa，抗剪强度1.81MPa，稳定性较好。

53081 巷采用EBZ263 型掘进机掘进，截至目前巷道已掘进至530m 处。为了便于53081 巷与53082 巷通风及行人，施工巷道每掘进80m 需对53081 巷施工一条垂直通风横川。通风横川设计长度为60m，断面规格为宽×高=4.5×4.1m，与53081 巷开口角度为75°。第一个通风横川位于巷道掘进350m 处，共计需施工12 条通风横川。

2 通风横川原施工工艺及问题分析

2.1 原施工工艺分析

（1）1#～3#通风横川主要采用全断面爆破施工工艺，工作面共计布置60 个爆破钻孔。其中掏槽孔6 个，深度为1.5m，单孔装药量为0.9kg；辅助孔24 个，深度为1.3m，单孔装药量为0.6kg；周边孔30 个，深度为1.3m，单孔装药量为0.6kg。巷道单茬掘进深度为1.0～1.2m。

（2）通风横川在掘进前30m 范围内，在53082巷内安装的SSJ-800 型带式输送机上方安装一部耙岩机联合运输通风横川爆破落下的煤矸。当巷道掘进长度超过30m 后，在通风横川内再安装一部输送机进行联合出煤。

2.2 主要存在的问题

（1）施工周期长。传统爆破掘进施工时，每天掘进工程量为3.5m，一条通风横川掘进周期为20d，巷道掘进速度慢，增加了巷道掘进成本。

（2）设备安装数量多。每条通风横川在施工时需安装一部SSJ-800 型带式输送机以及一部P-60B隔爆型耙岩机，巷道内安装设备数量多，安装周期长。而且受爆破影响，巷道内机电设备损坏严重，增加了设备维修成本费用。

（3）煤矸运输效率低。通风横川爆破掘进后采用传统耙岩机出煤时，煤矸运输周期为2.5h，在运输煤矸时无法进行井下其他工序如顶板支护等，造成煤矸运输效率低，延迟了巷道掘进周期。

（4）施工危险性高。由于53081 巷掘进煤层为石炭系3#煤层，煤层稳定性差易破碎，采用爆破掘进施工时，受爆破震动影响巷道掘进后两帮煤壁片帮严重，需二次重新补打，增加巷道支护成本及劳动作业强度。而且在爆破震动作用下，施工巷道直接顶极不稳定，容易发生顶板局部冒落现象。

3 通风横川掘进工艺优化

3.1 施工技术原理

（1）拐弯巷道掘进机一次性成巷技术，主要利用钢丝绳滑轮对转载机机尾进行悬吊，使得转载机机尾在带式输送机水平中心线上可自由纵向移动，同时在转载机机尾安装卸煤漏斗，掘进后煤矸通过卸煤漏斗直接落入输送机中。

（2）掘进时掘进机可按设计角度进行拐弯，从而对巷道进行掘进，掘进机掘进时转载机机尾在滑轮作用下进行移动。当掘进机完全进入拐弯巷道后放下转载机机尾继续掘进。

3.2 施工工艺

（1）在掘进4#通风横川时，首先将巷道内SSJ-800 型带式输送机机尾移至距横川开口2.0m 处，且输送机安装在横川开口对面侧，保证掘进机拐弯掘进时具有足够的旋转空间。

（2）首先在带式输送机上方顶板安装两个钢丝绳固定座。固定座主要由厚度为5mm 钢板制成，钢板长度为0.5m，宽度为0.5m，在钢板四个角分别焊制一个直径为25mm 圆孔，在钢板中部焊接一个钢丝绳固定件。如图2 所示。

图2 通风横川机械化掘进施工平面示意图

（3）每个钢丝绳固定座采用四根直径为17.8mm、长度为5.3m 锚索进行固定。第一个固定座安装在巷道开口对面顶板处，两个固定座间距为30m。两个固定座安装后中心线与输送机中心线在水平面上重合。

（4）在两个固定座上安装一根直径为17.8mm钢丝绳，在钢丝绳上安装一个活动滑轮，并将转载机机尾吊挂在滑轮下方，吊挂后保证转载机机尾与输送带垂直高度为1.0m，最后在转载机机尾安装一个漏煤斗，确保转载机卸煤时能够稳定地落入带式输送机中。

（5）在进行通风横川掘进时，首先将机组退至皮带尾处然后进行斜切切割巷道开口处三角煤柱。随着三角煤柱割煤完成后掘进机前移施工第一刀机组硐室，硐室长度为25m。

（6）第一刀机组硐室施工完成后，推出掘进机至53081 巷并水平前移2.0m，然后再次斜切掘进施工第二刀机组硐室。待机组硐室全断面施工到位后，放下转载机机尾，延长53081 巷带式输送机至巷口，然后掘进机全断面掘进通风横川。

3.3 施工工艺优点

（1）机械化程度高。该施工技术机械化水平高，解决了传统拐弯巷道机械化掘进难度大、施工周期长等技术难题，缩短了拐弯巷道掘进周期。

（2）缩短设备安装数量。该施工技术减少了工作面机电设备安装数量，降低了设备安装、拆卸劳动作业强度，简化了设备布置工艺。

（3）加快了煤矸运输效率。掘进机掘进期间可进行煤矸运输、支护施工等工序，提高了工作面煤矸运输效率，缩短了工作面支护、煤矸运输、掘进等工序时间。

（4）保证了巷道施工安全。采用掘进机进行拐弯巷道掘进时，可根据巷道煤岩层稳定情况适当调整掘进进度，避免了传统爆破施工时爆破震动对不稳定煤岩层影响，减少了巷道支护爆破损坏率，有效保证了巷道掘进安全。

4 结束语

（1）采用该掘进技术后巷道平均掘进工程量为7.2m/d，与3#通风横川相比，施工周期缩短了7d，降低了巷道掘进成本费用达6.3 万元。

（2）采用该掘进技术后巷道支护失效率由原来的17%降低为2%，降低了巷道二次补打支护成本费用及劳动费用达3.4 万元。

（3）4#通风横川施工过程中煤矸运输时间共计为62h，与3#贯通横川相比，煤矸运输时间缩短71h，大大提高了巷道煤矸运输率，加快了巷道掘进速度。

（4）采用该技术后，避免了爆破震动对巷道内机电设备损坏率，巷道机电设备损坏率由原来的7%降低至3%以下，降低设备维修成本费用达27万元。