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下分层快速掘进的研究
作者：于青锋 李延林 孙晓哲摘要：采用EBZ-200H综掘机施工，加强顶板控制，采用梯形工字钢双倍板支护。控制巷道煤层自燃发火。半煤岩综掘机、破顶避底喷浆封闭措施的施工，加快了施工速度，是下分层快速掘进值得推广的施工方法。
关键词：下分层；快速掘进；施工措施
一、十三矿矿井及地质概况
平煤天安十三矿己二采区位于矿井井田西翼，采区北部防水煤柱为界，南部以-525西大巷为界，东部以矿井东西采取边界断层为界，西部以下塮正断层为界，己二采区主采煤层为己15-17合层煤，煤厚3.49—12.87m，平均6.1m，煤厚基本稳定，煤层倾角15°—25°，平均22°。煤层由上而下逐渐变缓。煤层顶板为砂质泥岩，泥岩和细中粒砂岩。煤层顶板稳定性在全区分布不一，按其岩性和抗压强度可分为1、2、3类，由西向东逐渐趋于稳定，其中1类顶板为砂质泥岩和泥岩，厚度大于2.3m，单向抗压强度12—30MPa，3类顶板为细中粒砂岩，其单向抗压强度大于80MPa，2类顶板为中等稳定顶板，岩性介于1、2类顶板之间。煤层底板为细砂岩、砂质泥岩和粉砂岩三层。
平煤天安十三矿己二采区采用三条下山，二煤一岩。轨道下山、皮带下山沿己15-17煤层顶板布置在煤层中，回风下山沿己15-17煤层顶板布置在顶板岩层中。工作面的设计均采用走向长壁全部陷落法采煤方法，自上而下共划分6个区段，区段煤柱保留20m。目前12032工作面正在施工，且12032风巷已经施工到位，12032切眼正在施工，切眼布置在上分层，12032机巷已施工1000米左右，还有560米巷道没有施工。
二、十三矿地质应力情况概述
由于十三矿煤层埋藏较深，由于受埋藏深度的影响，矿井的原岩应力比较大，造成巷道施工后矿压显现比较明显，支护的难度也比较大，尤其是顶板不是太好，无法使用锚杆支护的工作面，钢质支护变现的比较困难，尤其是断层附近，可缩性支架都无法满足支护需要，经常出现返修棚子的现象，给生产做成了较大的困难。我们在支护形式上一般采用U型钢支护或者梯形棚子支护，尤其是梯形棚子支护，给我们的支护带来了操作上的方便。但是也存在一定的问题，即背板容易断，造成棚子漏顶，给维修也带来了一定的难度。所以我们采用双倍板解决该项难题，背板的折断率下降到最低限度。
三、十三矿煤层自燃发火状况
十三矿煤层属于己15-17合层煤层，属于焦煤煤种，一般情况下自燃发火期为1—3个月，而实际施工过程中，己三轨道下山只有15天的时间就自燃发火了。自燃发火给安全带来了不安全的隐患，在下分层施工过程中，必须把防止煤层自燃发火作为重中之重的工作来自抓。
四、综掘机使用情况概述
我们采用的综掘机为EBZ-200综掘机，综掘机的功率220KW，整个机器重65吨，炮头直径0.6米，炮头的截尺数量为30个，铲板宽度2.8米，炮头切割高度最大3.2米，地隙为250mm，履带宽度800mm，切割岩石的最大经济硬度为f≤8，爬坡最大为17度。该综掘机工作期间稳定性较好，切割煤体时效率较高，对于硬度较小的半煤岩也能显示出机械化的优势。
五、施工措施原理及施工方案
（一）由于下分层没有假顶，并且顶板岩石一般都属于砂岩岩性，老空区内没有水，造成巷道的顶板锈结不好，一般煤层以上0.8m左右的下分层顶板锈结较好，并且没有大块矸石，但是如果再往上破顶的话，就会出现大块矸石，破岩石给我们带来了一定的难度。在9、10月份两个月的施工过程中，我们为了较好的控制顶板，降低大块矸石对施工的影响，我们采取破底施工。 在施工过程中，施工进度非常慢，一个班只能干两架，每一个班消耗截尺5—8个，一个月光截尺消耗150个左右，每一个截尺400元，每月光截尺就消耗材料费6万左右，给经营管理带来了极大的压力，并且一个月的进尺只有120米左右。切割岩石的过程中，我们发现对机器的损害也比较大，尤其是炮头的磨损比较严重。于是我们研究破顶避底进行施工，在开始施工的过程中，大块矸石给生产带来的影响比较严重，在处理大块矸石的时候，我们投入了大量的人力，顶板空顶也比较多，刹顶使用的物料也比较多，并且存在着很大的安全隐患。
（二）破顶施工时，必须注意施工方法，如果一次切割深度较深时，或者一次切割两架棚子的话，容易造成大块岩石的跨落，处理大块矸石的工作量就会较大，并且大块矸石跨落以后，势必会造成巷道空顶，如果下分层顶板锈结不是太好，就造成顶板更进一步跨落，形成顶板事故。在破顶施工方法上，我们采取小深度切割，可以控制大块矸石，并且可以使大块矸石不至于一次跨落，并且可以有序的破除大块矸石，从而降低了处理大块矸石所带来的不利影响。
（三）使用穿楔控制顶板，避免顶板矸石的跨落，并且减少了顶板岩石的跨落给施工带来的不利影响，提高了施工效率。同时避免巷道空顶造成自燃发火现象的发生。同时，我们改变原来的直径41的管缝锚杆作为穿楔，采用直径30的圆铁作为重复利用的穿楔，不但节约了材料费，而且还增加穿楔的强度，有利用顶板的控制。从施工的情况来看，达到了预期的目的。
六、执行措施的主要效果
（一）巷道的支护情况
在掘进期间，我们根据下分层巷道压力情况，科学施策，采用梯形工字钢支护，为了防止顶板背板折断造成冒顶，我们采取增加背板的强度的措施，由原来的单背板改为双倍板，有效的提高了背板的支护强度。顶部同时采用直径4mm的钢筋网，并且网的搭接长度为100mm，并且用12#扎丝每200mm设一道扎丝。棚子的间距不超过600mm，棚子的支护强度基本满足了矿压的需求，同时提高了架棚的速度。通过这几个月施工的情况来看，巷道支护情况良好，并且棚子没有出现变形现象，支护基本满足支护强度的需求。
（二）施工进度与效果
通过该项目的实施，我们的施工速度有了较大的提高，施工进度由原来的120米左右，提高到260米以上，尤其是我们在生产组织上，创出了日进尺20米、小班单进8米的好成绩。同时在切割效果上看，我们取得了较好的经济切割效益。截尺的消耗量也降低到了最低限度，达到了我们立项研究的目的。
（三）防自燃发火工作取得了较好的效果
在掘进巷道施工时，最繁琐的是喷浆工作，浪费大量的人力运料，并且一旦巷道自燃发火以后再喷浆，给喷浆的难度会增加很大，对喷浆的质量要求的也高，有时候复喷好几次还不能灭火。通过控制顶板措施的实施，没有出现旷帮空顶现象，没有出现一次由于出现旷帮空顶现象而造成自燃，也没有因此而造成喷浆封闭工作而影响生产。
（四）圆铁穿楔控制顶板取得了较好的效益
圆铁穿楔代替管缝锚杆，是控制顶板、提高经济效益的一项举措，并且通过现场实施，圆铁穿楔的回收率较高，超过95%以上，并且弯曲率不超过5%，确实有效的控制工作面上方大块矸石的跨落，有效的控制了下分层顶板。
六、结束语
通过采用半煤岩巷掘进机施工下分层，并且有效的采取破顶避底的施工技巧，确实取得了较好的成效，取得了较好的经济效益，并且提高了施工速度。取得了较好的经济效果和使用效果，具有较好的使用价值，安全性能比较高，该项目研究成功，可以说是探索出了一条科学的、安全、快速的施工下分层施工技术，取得了良好的效果。尤其是随着煤矿的发展，下分层的开采是煤矿发展的必走之路，他不但是矿井稳定的需要，而且也是矿井发展的需要、是矿区和谐的需要。该项目的研究与实施，取得了预期的目的，值得推广和应用。
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