煤矿综掘机安全高效穿越断层(过破碎带)的技术工艺研究

煤矿综掘机安全高效穿越断层 (过破碎带 )的技术工艺研究

耿晓东 淮北矿业股份有限公司工程处，安徽淮北 235100

摘要：本文浅析综掘机在大倾角巷道中行走的困难性、过断层(破碎带)期间的支护设计方法、解决综掘机便于行走的方法、安全高效穿越断层和过破碎带的技术工艺，以及穿越断层和过破碎带技术工艺应用效果的评价。

关键词：综掘机；过断层；过破碎带；联合支护技术

引言：煤矿掘进机施工中,不论是全岩、半煤岩、上下山或平巷掘进，经常会遇到断层及靠近断层的软弱岩层。由于岩石结构疏松、密度小、空隙度大、强度低、易产生变形等，其具有顶板破碎、松软的特点,在此掘进应及时改变支护方式，加强顶板支护，以确保顶板的稳定性。如不及时采取措施进行支护，则会产生剪切性破坏，给安全生产带来很大的隐患。在掘进遇到断层时，首先要正确预测断层产状，以确定过断层的具体方法，确保施工的安全。运用综掘机掘进，正常时掘进机可自行行走，延皮带、拉机尾跑道时，直接将钢丝绳的两端分别挂在掘进机的后杠和皮带机尾的滑鞘上，然后利用掘进机的前行拉着机尾跑道往前慢慢挪动。但有时地质条件会发生显著变化，甚至遇到大的地质构造，若巷道上山坡度大于掘进机的设计爬坡倾角时，掘进机的行走就会变得非常困难了，甚至无法行走，此时就要采取措施前行。

1.综掘机在大倾角上山中施工行走的困难性

①因掘进机的吨位大，加上过断层，巷道坡度又超过掘进机设计最大爬坡倾角，其所产生的摩擦力就不足以维持掘进机前行。②过断层期间，由于巷道坡度大，每次启动掘进机都会出现履带打滑现象，既不能正常施工，还存在严重的安全隐患，甚至会出现掘进机下滑现象，有时导致皮带机尾的损坏。③因巷道坡度较大，在割煤(矸)且需要后退时，其后支撑伸缩量会变小，这时后支撑起不到完全支撑作用，掘进机也不稳定。④掘进施工中，延皮带、拉跑道属不可缺少的环节，正常条件下，当机尾跑道用完需要拉机尾时，机头司机把储带仓的皮带放松，用Φ21.5mm的钢丝绳，两头做套，一端固定在掘进机尾部专用销轴上，另端两绳套分别固定在最后一节机尾大架两边安装的专用钢板上。开动掘进机前进，机尾便随同前进。在自身行走无法保障时，再去拉跑道，显然更不容易了。

2.过断层(破碎带)期间的支护设计

①穿越断层期间，顶帮锚杆支护设计不变，可将原锚索桁架间、排距缩小。②穿越断层时，顶部铺设的钢筋网上加铺规格与钢筋网相同的可拉伸塑料网。③穿越断层段若矿压显现明显，需及时架设“一梁二柱”钢棚梁。棚腿可用DW45-250/100(G)悬浮型单体液压支柱，但必须穿底鞋。顶板不平处可采用道木、小杆、木楔背紧背实，钢梁上部可采用小杆背顶，并配合木楔将顶楔紧背实。④顶板破碎时，每循环截割前，需要根据迎头情况，提前在迎头顶部打设超前锚杆；掘进过程中根据现场实际情况及时在迎头顶部打设4～6根超前锚杆维护顶板。⑤过断层期间，若顶板破碎，要根据现场实际，将煤岩交界处的顶锚杆按照第一排1、3、5、7根，第二排2、4、6、8根的顺序变更为预应力钢绞线，配合W型钢护板。⑥当穿越断层时，对帮部可采用锚索桁架进行加强支护：揭露断层后，穿越煤岩交界面时，及时在煤岩交界面打设护帮锚索桁架，可用11#矿用工字钢加工；若巷帮部破碎、易片帮时，必须及时打设护帮锚索桁架，锚索为预应力钢绞线。⑦穿越断层期间，掘进机施工的顶部永久支护必须紧跟迎头，两帮自顶板向下前二排锚杆紧跟迎头支护，第三排锚杆滞后迎头3个循环支护，第四排帮锚杆支护滞后迎头不得超过15m。

3.解决综掘机便于行走的方法

①坡度在18～20º时，可采用增加掘进机履带与底板摩擦力的方法，使掘进机前行。通过在掘进机后方，履带下面垫道木、背木、圆木的方式，以增加履带与底板的摩擦力，进而增加爬坡能力，使之能慢慢前行。②坡度大于20º时，可把钢丝绳配合刮板机链条及连接环与在巷道前方顶板所打的支护锚索固定一起，然后伸出掘进机切割头大油缸，把钢丝绳和链条的另端与掘进机伸出后的切割头固定一起。通过缩回切割头大油缸，拉紧钢丝绳和链条前行，也可不用钢丝绳和链条，直接将伸出后的切割头落在巷道顶板已支护好的高强锚杆或锚索上，再利用缩回切割头大油缸的方法拉动掘进机前行。③为避免掘进机下滑后退，可调整割煤(矸)的工序。根据巷道实际，调整切割路线，比如把原来的“从左到右、从下到上”正规循环切割方式，改为“上下切割、左右推移”切割方式。这可增强掘进机对巷道底板的压力，增强摩擦力，避免掘进机下滑后退，或割煤矸时在掘进机左右两个履带上用撑杆支撑加强固定。④在大坡度情况下，掘进机本身行走困难，无法以正常工序进行拉机尾跑道等相关工作，这可采取履带拉机尾方法：将掘进机机体完全支撑起来，钢丝绳的一端固定在履带上，另端固定在机尾滑鞘上，利用履带空转、自转，仿照绞车滚筒卷绳一样拉动皮带机尾。该法能解决正常工序下无法拉机尾的问题。

4.安全高效穿越断层和过破碎带的技术工艺

由于影响综掘快速掘进的因素较多，至于断层构造的影响，应尽量避免,以最大限度发挥综掘优势。现根据经验,提出几个应注意的问题：①优化工程设计。在新工作面布置设计中，应充分考虑到邻近面揭露的地质资料，尽量避开大地构造，以减少过断层的机会。施工中要及时掌握掘进面的变化，根据实际情况制定相应措施，尽量减少掘进影响。②合理改变截割方式。综掘机过断层时，应按现场情况选择合理的进刀方式。软岩可慢速切割，采用强推硬过方式，并及时更换截齿；遇到坚硬岩石，可放震动炮，先对岩石进行破碎，再用综掘机装载。对落差较大的断层，岩石距离长，尽量不用综掘机，而是将综掘机推后，待炮掘过完断层后，在用综掘机掘进。这可避免因综掘机长时间切割岩石对设备各部位造成的损害，减少设备维修量。同时，要杜绝野蛮操作和硬拼。③合理选择支护方式。这能提高综掘机掘进速度。过断层构造时，必须优化巷道断面，适当减小断面尺寸，选择更为合理的支护方式，如锚网联合支护。临时支护要及时有效，尽量进行交叉平行作业，实现正规循环，以提高工效，并安全快速通过断层。④合理组织工序。良好的工序组织则是掘进效率高低的主要因素，割煤时，后巷的工作要做好，切忌工序组织不合理而延期支护现象。

5.穿越断层和过破碎带技术工艺应用效果评价

①采用妥当的支护方式，顶板岩层的破碎能得到有效巩固。②联合支护具有承载快、锚固力大、巷道位移小的特点，可有效控制围岩的完整性。③顶板形成“组合梁”并保持完整性，可为安全生产消除隐患。④因锚杆体重小、重量轻、 易于携带、施工方便，进而减少了施工强度，提高了效率。⑤因锚杆施工简单、操作方便、施工速度快，它比棚式支护能在更短的时间内维护顶板，并最大限度的降低围岩破坏。⑥采用高强度树脂固剂锚杆，锚索锚固力大，易于操作，可保证支护质量，提高支护强度。⑦采用“锚杆+金属网+W钢带+锚索”联合支护方式，可大幅度提升掘进功效。

结束语：综掘工作面穿越断层(过破碎带)，采用的合理的支护方式和掘进方法，并用“锚杆+金属网+W钢带+锚索”联合支护，能达到较好的掘进效果。采取措施，综掘机也可顺利通过断层，并解决爬行大坡度巷道难的问题。

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