刨煤机在全自动化工作面过空巷

一、工作面现状及地质情况

12#层301盘区8114工作面走向长度1620m，倾斜长149m，煤层赋存起伏较大，，整体平均厚度1.6m，其顶板岩性：伪顶为炭质页岩及细砂岩互层，厚0～1.35m,易垮落，直接顶岩性为灰色的细砂岩，厚4.5m，层理发育致密块状，老顶岩性为细砂岩及砂质页岩，厚14.11m,层理发育致密块状。

该面由于历史原因留下了平行工作面的两条空巷。第一条空巷命名L₁，距边切眼147米，该空巷高1.9米，宽3米，现采用2排锚杆支护，锚杆排间距为1.0米。第二条空巷命名为L₂，距切眼210米，两条空巷相距63米，该空巷高1.8米，宽6.5米，现采用6排锚杆，3排锚索，2排φ20cm木点柱支护，锚杆排间距为1.0米，锚索排间距为4.0米。两条空巷支护锚杆型号为φ16mm，长1.7米，锚索支护型号φ16mm长4.5米。这两条空巷巷道本身超高使工作面支架不能接顶给工作面的正常开采带来了一定的困难。

二、工作面过空巷技术方案的论证和确定

(一) 、工作面过空巷技术方案的论证

采用过空巷时煤壁支承——液压支架支承——古塘矸石支承三种力系同时作用的力学平衡体系，估算空巷的支护载荷。

1．绕前端老顶断裂点的顺时针作用力矩为：

M₀=1/2×ahlrl/2+amkr(c＋b)/2

=1/2×1.5×14.11×15×2.5×15/2＋1.5×4.5×8×2.5×8/2

=2976.33＋540=3516.3吨m=3516300kg·M

=3516300×9.8=34459740N·m=34.46 MN·m

2、绕前端老顶断裂点的逆时针阻力矩为：

M₀′=q÷9.8×(c＋b/2)＋1/2ahlr1/3[c＋b＋(l－c－b)/2]

=4600÷9.8×5.5＋1/2×1.5×14.11×15×2.5×（1/3）×11.5

=2581.63＋1521.23=4102.86吨·m=40.21MN·m

式中：l——周期来压步距为15米；h—老顶厚为14.11米，m——直接顶厚为4.5米；q——支架工作阻力为4600 KN/架；a——支架宽为1.5米；r——岩石的比重为2.5t/m³；c——空巷的宽度为3米； b——支架的长度为5米。

因此，支架、围岩阻力和作用力的力矩关系为M₀′＞M₀，即支架和冒落矸石的阻力距大于老顶下沉的转动力距，按过空巷的顶板岩层大结构最危险情况考虑，是能维持自身平衡，过空巷的最大问题是维持采场范围内直接顶的支护以及直接顶的稳定是关键。

3、空巷支护载荷可按直接顶自重考虑据此分析：需要支护载荷为

q_x=rm=25×4.5=112.5 KN/ m²

4、工作面现空巷实际支护载荷以及安全程度评估 L₁巷

q₁′x=eg/s=149×2×5/149×3=3.33吨/ m²=32.7 KN/ m²

式中:e--空巷中原锚杆数量;g--每根锚杆的锚固力；s--支护面积.

目前顶板支护强度每平方米，32.7 KN/ m²＜112.KN/ m²

措施1

采取补打锚索加强对顶板支护力，锚索间距为3.0米。

q₁′x₁=(eg＋dp)/s=（149×2×5＋50×20）/149×3=2490/447=5.57吨/ m²=54.59 KN/ m²

式中:d----补打的锚索数量;p----每根锚索的锚固力

措施2

在措施1基础上再采取支一排单体支柱，柱距为1.0米

q₁′x₁=(eg＋dp＋fj)/s

=（149×2×5＋50×20＋150×30）/149×3=6990/447

=15.64吨/ m²=153.25 KN/ m²

式中：f——补支的单体液压支柱数量；

j——每根单体液压支柱的支承力；

q₁′x₁＞qx 安全系数K=1.4倍

B、校核L₂巷支护强度

qx=rm=25×4.5=112.5 KN/ m²

L₂巷现有支护载荷以及安全程度评估

q₂x₁=(eg＋dq)/s=（149×6×5＋50×2×20）/149×6.5

=4470+2000/968.5=668吨/ m²=65.47 KN/ m²

采取增加二排单体，柱距1.0米校验支护强度

q₂x₂=(eg＋dq)/s＋fj/s

=（149×6×5＋50×2×20）/149×6.5＋300×30/149×6.5 =15470/968.5=15.97吨/ m²=156.54 KN/ m²

q₂x₂＞qx=112.5 KN/ m² 满足支护要求

安全系数校验 K=1.4倍，满足安全要求

因该面现有二排木支护，综合考虑后可将单体支柱柱距定为1.5米，以方便快速通过该条空巷。

（二）工作面过空巷技术方案的确定：

1、刨煤机工作面过空巷支护形式采取锚杆、锚索配合单体液压支柱联合支护的形式通过。

2、过第一条空巷（L₁）时在原支护的基础上补打一排间距为3.0m的锚索，支单体支柱一排柱距1.0m。

3、过第二条空巷（L₂）时在原支护的基础上补支单体支柱两排柱距1.5m。

4、工作面过空巷时采用尾超前头15m调斜开采。$Page_Split$

三、工作面过空巷的施工组织和现场管理

（一）、过空巷前的准备工作

1、加大检修力度，加强工作面定检，保证机电设备运转正常

在过空巷前刨煤机队就加大了检修力度，保证了三机配套正常运转，为刨煤机快速过空巷畅通了机电基础。

2、合理调斜工作面，减小了空巷一次暴露面积

在距空巷前60m开始对工作面进行调斜工作，做到尾超前头10—15m，使工作面支架从尾向头逐步通过空巷，把工作面空顶控制在了最小限度。

3、提前做好了切眼假顶，保证了支架接顶严密

由于两条空巷的高度均在1.8m以上，而刨煤机支架最大支承高度1.55m以内，在刨煤机距空巷前80m，做好了两条空巷的假顶，由于假顶的构筑，保证了支架接顶严密，推溜正常，提高了顶板支承的可靠性，加快了推溜移架的速度。

4、加强两空巷的支护力度，提高工作面抵卸集中压力的能力

在工作面距空巷60m对空巷加强支护，第一条空巷补打了锚索50架，两端口及中间加强支护共补打锚索80架，支单体液压支柱150根。第二条空巷补支木点柱200根，补支单体液压支柱200根，补架假顶护顶工字钢50根，有力地保证了切眼的支护强度。

（二）、过空巷过程的劳动组织与现场管理

这次过空巷工程是集技术、综采、工掘、机电、回收、通风为一体的系统工程，必须做到统一指挥，步调一致。要求各个队组、各道工序、各项工程必须达到标准，实行规范化、标准化操作，整个过空巷共用了13个小班的时间，由于分工明确，配合得当，使空巷顺利通过。

四、取得的经济效益和社会效益

1、截止6月15日早班结束，刨煤机队生产煤炭32000吨，没有因过空巷过多地影响生产。

2、这次过空巷共用工500个，用工少，效益大，效率高。

五、存在问题及今后的发展方向

尽管这次过空巷比较顺利，但在施工的过程中也暴露了一些问题。

1、干部现场指挥的经验不足，出现了盲目冒进造成失误的现象，致使工作面工程质量差，结果导致了工作面断刨链一次。

2、部分锚杆、锚索以及假顶梁固定不牢，出现了假顶梁被支架顶翻现象。

3、过第二条空巷考虑的不细，假顶梁固定的不好，造成了临时下工字钢突击架抬棚，固定假顶梁的现象。

这次过空巷为以后类似条件下开采提供了可靠的理论依据和宝贵的经验，但是，空巷内支柱数量仍然很多，在开采过程中，需回撤大量的木支柱和单体液压支柱，因此，考虑以后再过空巷时，试验加大锚索支护密度，取消单体支柱和木点柱的支护，以减少工序赢得推进速度。