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B070206 锚杆支护巷道快速掘进的方法和措施


锚杆支护巷道快速掘进的方法和措施
宋空军 郝忠太 【晋城无烟煤矿业(集团)公司生产处 山西 晋城,048006】 摘 要 介绍晋城矿区矿井基本概况、 地质情况及掘进装备技术特征, 阐述了提高机掘锚杆 支护煤巷单进的方法和措施。 关键词 快速掘进 措施 快速、安全、高效地掘进巷道是煤矿生产的先决条件,是保证正常的采掘衔接、开展 有效的瓦斯治理、 建设两安双高矿井的必要条件。 随着我国煤炭生产和现代化机械水平的不 断提高,大部分大中型煤炭企业已经走上了集约化、可持续发展的道路。如何提高巷道掘进 单进水平是摆在所有矿井迈向现代化的关键。 随着晋煤集团煤炭生产规模的不断扩大,开采强度的不断提高,巷道需求量也大幅攀 升。全公司现有掘进设备主要是连续式采煤机(下称连采机)、掘锚机和普通综掘机型(下 称普掘机)。岩巷施工主要采用“三小”及光爆锚喷掘进施工技术工艺,煤及半煤岩巷的施 工以综合机械化掘进和锚杆支护为主, 金属棚支护为辅。 掘进装载机械化程度达到 82.17%, 综掘机械化程度达到 73.87%,锚杆支护巷道达到 80%。近年来,晋煤集团以安全求生存、 以科技促发展、以管理要活力,采取主动措施,针对影响机掘单进的各类因素,积极引进新 技术新设备,全方位深挖潜力加强管理,取得了可喜的成效。2005 年,全公司原煤产量突 破 3000 万 t,进尺总量突破 20 万 m,生产经营总额超过 180 亿元。综掘单进水平也提高至 400m/月,其中最高月进普掘机达 630.1m、连采机达 1536m;单机年度进尺量普掘机最高达 5437m、连采机最高达 13925m。机掘单进水平的提高、进尺总量的增加为缓解采掘衔接紧张 局面、确保瓦斯预抽创造了条件。下面分几个方面,介绍晋城煤业集团提高机掘单进的方法 和措施。 1 概 况

晋城矿区位于太行山南麓的泽州盆地,总面积 903.6 平方公里,现有古书院矿、王台 铺矿、凤凰山矿、成庄矿、寺河矿五对生产矿井,总设计生产能力 1710 万 t/年。经过 40 # 多年的开采,前三个矿的 3 主采煤层资源已濒临枯竭,相继进入了末采期,主采煤层转为 # 9 煤。目前,集团公司正在加快以成庄矿、寺河矿、赵庄矿“新三矿”接替“老三矿”。其 中赵庄矿正在加紧建设,首采工作面即将投产。 1.1 地质基本概况 # 位于矿区东部的老三矿主采石炭统太原组 9 煤。采区巷道一般都为沿煤层顶板掘进的 半煤岩巷。煤层厚度一般在 1.2~1.65m,黑色、块状、性脆,以亮煤为主,具金属光泽, 煤坚固性系数 f 值为 1.1~3.8。煤层中一般含两层夹矸,无自燃发火、煤尘爆炸。瓦斯绝 3 3 对涌出量为 0.15~0.42m /min,属低瓦斯矿井。二氧化碳绝对涌出量为 0.08~0.26m /min。 老顶为中粒砂岩,平均厚度为 2.4m,灰色,间夹粉砂岩层理。直接顶为 K4 灰岩或粉砂岩, 粉砂岩厚度在 1.2~2.6m,灰色,含黄铁矿;K4 灰岩厚度在 0~0.6m,灰色,致密坚硬。直接底 为泥岩,厚度在 1.05-2.36m,灰黑色,含植物化石及黄铁矿。老底为 K3 灰岩或细粒砂岩,细 粒砂岩厚度在 2.3~2.7m,灰色,石英为主;K3 灰岩厚度在 0.2~0.55m,深灰色,坚硬,含动物 化石。

位于矿区西部的成庄矿和寺河矿主采下统山西组 3 煤为煤层。采区巷道一般都为沿煤 层底板掘进的煤巷。煤层性质:厚度为 6.0~6.5m,平均厚度 6.25m,煤层倾角 1.5~3°, 为优质无烟煤,光泽强,质较硬,坚固性系数 f 值为 2~4,节理、裂隙发育,煤层酥软, 3 无煤尘爆炸和自燃倾向,夹矸一般 1~2 层。瓦斯绝对涌出量为 2.9m /min,属高瓦斯矿井。 3 二氧化碳绝对涌出量为 0.21m /min。老顶为砂质泥岩,平均厚度 2.11~4.70m,深灰色或灰 白色, 中厚层状, 含植物化石, 夹薄层状细砂岩; 直接顶为砂岩或砂质泥岩, 平均厚度 6.74m, 黑色,质软有层理。直接底为砂质泥岩,平均厚度 9.45m,灰黑色,层理清楚,质不坚硬, 含植物化石;老底为中细砂岩,平均厚度 1.30m,浅灰色,中粒结构,石英长石为主,局部 含薄层状细砂岩。一般无伪顶,局部见炭质泥岩,厚度 0.3m,黑色,质软,随采随落。 1.2 巷道支护形式 晋煤集团回采工作面巷道大多数采用高强金属锚杆、金属网、钢带或钢筋梯支护,用锚 索补强。只在地质构造发育,破碎带或边角和孤岛区段采用架棚支护。2005 年全公司锚杆 支护率达 80.3%。 2 提高机掘单进的方法和措施

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2.1 加快设备更新换代,加强检修维护 晋煤集团自 80 年代开始综掘以来一直使用 AM-50 型综掘机,由于设备超期使用、超 # 负荷运转,影响了掘进效率。同时,随着成庄矿、寺河矿大断面巷道的投用和 9 煤半煤岩巷 道的增多,暴露出 AM-50 型综掘机的功率偏小、截割高度低、故障率高、整体能力不足等弊 端。集团公司根据不同矿井的不同情况,分别在古书院矿配备了 EBH-120 型矮型掘进机,在 凤凰山矿配备了 EBJ-110 型矮型掘进机,在寺河矿引进美国久益公司生产的 12CM27 型连续 采煤机和 CHDDR 型锚杆钻车,在成庄矿 2003 年引进奥钢联 ABM-20 型掘锚机进行快速掘进, 并配备 S-150J 型掘进机组,为机掘单进水平的快速提高创造了条件。 为保证设备正常运转,最大程度避免设备故障对掘进速度的影响,公司除加强管理考 核各矿设备开机率外,还积极与厂家联手组建设备维修站,解决了设备换件难、大维修难的 问题,为保证设备的完好运行,确保开机率创造了有利条件。 2.2 革新掘进工艺,优化工艺流程 巷道支护参数的科学选择和掘进工艺革新是提高巷道掘进速度的关键,是提高掘进单 进的主要环节,也是降低掘进成本、提高工效的重要手段。为了激励各单位在掘进工艺上推 陈出新,大胆推广和运用新技术、新设备、新成果,集团公司连续几年来大力开展掘进工艺 创新竞赛,对有价值的项目实施重奖并积极推广,取得了显著成果。 2.2.1 寺河矿一机多巷使用连掘机 寺河矿井采煤工艺为综采长壁工作面一次采全高。由于矿井瓦斯涌出量较大,为 406 3 2 m /min,工作面顺槽以三进两回布置。顺槽掘进断面积为 19m ,采用锚、网加锚索补强支护。 针对瓦斯大、产量高、一面多巷的特点,与佳木斯煤机厂合作,通过对该厂生产的 S200MJ 型机组进行改造研制出 S200MJ 型连掘机,在煤巷锚杆施工中采用一机多巷作业取得了显著 成效。该机组从 2004 年底试用成功,现有四台机组使用。施工作业方式是一机多巷采用 S200MJ 型连掘机割煤,采用自制锚杆钻机安设锚杆。最高日进达 32m,最高月进达 903m, 单机年进尺量达 8328m。 2.2.2 成庄矿成功应用多巷掘进 成庄矿采用综采放顶煤工艺取得很好的收效,工作面顺槽的布置方式改为“两进两 2 2 回”。工作面两顺槽掘进断面积各为 12.24m 和 14.01m ,采用锚、网加锚索补强支护。该

矿探索出在Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类地质条件下,使用普通综掘设备进行煤巷多巷快速掘进的施工 工艺。采用一队两巷组织施工, 每条巷道占用一套综掘设备。一条巷道进风、进料、运煤, 另一条巷道回风。两巷间距 40m,之间用横川构通(横川间距不大于 100m),及时形成全风 压通风,横川安装运输机完成回风巷出煤。该工艺的实施消除了巷道长、瓦斯大对生产的影 响,设备投入少、辅助运输量少,多工序平行作业。由此提高了掘进工效、加快了掘进速度, 最高日进 28m,最高月进达 754.2m。 2.2.3 王台矿π形梁临时支护的成功应用 王台矿现主采 9 煤,平均厚度 1.58m,无伪顶,直接顶为灰岩,比较坚硬,容易维护。工作 2 面顺槽掘进断面积 9.4 m ,采用锚杆、锚索支护。为加快掘进速度最大程度实施工序平行作 业, 机掘工作面采用π形梁临时支护取得很好的收效。 综掘机割煤后用通过工作面移动泵站 供液的单体柱和л型梁临时支护,梁间距 0.8m。临时支护与工作面迎头的距离最大 1.5m、 最小 0.5m,临时支护段范围最大 100m。永久支护顶部用锚杆、锚索支护,两帮用锚杆支护, 滞后工作面迎头 30~100m。迎头掘进与转载机后的临时支护平行作业。在掘进出煤过程中, 永久支护中顶板支护只安设行人侧的 3 根锚杆, 帮部则只安设行人侧的锚杆, 而非行人侧的 一根顶板锚杆和帮部锚杆在检修班或皮带不运转时集中安设。 2.3 应用新型支护材料 支护材料和施工机具的选择必须符合支护设计要求, 适应生产条件的变化, 有利于巷道 的快速施工, 满足回采工作面高产高效要求。 近年来, 晋煤集团形成了自己的锚杆支护体系。 (1)非金属支护材料 玻璃钢锚杆的优势在于耐腐蚀、可切割。高强度玻璃钢锚杆、非金属梯子梁等支护构件 在晋煤集团的使用, 对保护采煤机截齿和皮带、 防止瓦斯爆炸以及工作面快速推进起到一定 的作用。但目前玻璃钢锚杆仍存在强度较低的缺陷,还需再作深度研究。 (2)新型亲水锚固剂 针对在涌(含)水量大的钻孔内锚固剂锚固困难、锚固效果差等问题,公司自行研制并 生产出亲水锚固剂。亲水锚固剂不仅解决了这些问题,而且加快了含水层中安设锚杆、锚索 的速度。 (3)使用扭矩螺母 扭矩螺母主要有阻尼式、销钉式、压片式,扭矩从 30~150N·m 不等,可实现搅拌树脂 锚固剂、安装锚杆、拧紧螺母的一体化,减少了锚杆安装时间。目前扭矩螺母在王台矿长平 井区得到推广应用。 (4)塑料复合式可回收锚杆 塑料复合式可回收锚杆属端头锚固锚杆, 其主要技术特点是锚杆中的金属杆体与塑料粘 结套用丝扣连接为一体,树脂粘接孔壁与塑料套来达到支护目的。该产品具有可回收、重量 轻、使用寿命长、锚固剂用量小、锚固力高、安装方便快捷等特点。2005 年 8 月在王台矿 长平井区Ⅲ2303 综采工作面切眼和回风顺槽进行试验并获得成功。目前这一技术正在公司 推广应用。 (5)其它新型材料 使用自钻进金属锚杆可取消钻孔、搅拌树脂树脂锚固剂、等待凝固等环节,真正实现了 钻孔、安装、锚固一体化,显著缩短了锚杆安装时间。塑料模压网不同于普通塑料编制网, 由于其具有强度大、重量轻、刚性好、成本低、轻便、抗腐蚀、可切割等优点,因此适应范 围广、支护效果好,还可保证地质勘测手段的正常使用。 2.4 推行工序管理,提高作业效率 工序管理是煤矿高效生产的法宝, 是现代煤炭企业生产管理行之有效的手段。 确定合理 的施工工艺、科学进行劳动组织是提高巷道掘进工效的重要保证。在集团公司的倡导下,各
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矿制定相应措施,从生产工艺到施工工序实行优化管理,在下述几个方面取得一定的收获。 2.4.1 合理使用超前锚杆支护空顶 综掘机割煤后,如果巷道顶板破碎成形不好,必然给锚杆支护带来困难。为此,采用 超前锚杆支护掘前巷道顶板,这是一种控制顶板、减少冒顶从而保证巷道成形、加快巷道施 工的有效手段。 2.4.2 合理确定帮部锚杆滞后顶部锚杆的方式 巷道不处于构造异常区域,遇到围岩稳定、无片帮现象时,帮部锚杆滞后顶部锚杆在其 它时间进行安装,可以增加工序平行作业,加快施工进度。 2.4.2 用锚索替代顶板锚杆 通过理论分析、井下试验,找到锚索与锚杆的最佳匹配条件,使用锚索替代顶板永久支 护锚杆中的一根锚杆,提高掘进速度。 2.4.3 科学确定空顶距和循环进度 合理加大空顶距和循环进度能够减少机组移动等辅助时间,对提高掘进速度效果明显。 巷道锚杆支护是一种先进的支护技术, 随着煤矿现代化建设的不断深入, 必将涌现出越 来越多的锚杆支护新工艺新技术新设备。在支护改革的进程中,只有不断学习不断创新,才 能适应新的发展要求,走在时代前列。 第一作者简介:宋空军 男,1968 年出生,毕业于山西矿业学院。现在晋城无烟煤矿业(集 团)公司生产处从事生产技术管理工作,高级工程师。发表论文 3 篇。 (收稿日期:2006-07-25;责任编辑:胡 林)



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