EBZ—160型掘進機大傾角上坡掘進施工工藝的研究與應(yīng)用

□ 袁金星

一、引言

山西葫蘆堂煤業(yè)有限公司位于朔州市朔城區(qū)下團堡鄉(xiāng)峙峪村，井田位于管涔山脈東麓，地表大部為黃土覆蓋，經(jīng)長期沖刷切割，呈現(xiàn)為低山丘陵地貌。最高點位于井田西南部山梁上，標(biāo)高1338.30m;最低點位于井田東部葫蘆堂溝，標(biāo)高1210.00m，最大相對高差128.30m。本井田地質(zhì)構(gòu)造以向斜、背斜褶曲為主，伴隨少數(shù)中、小型斷層，主要構(gòu)造線均為NE向。中北部斷層不發(fā)育，東南部斷層較發(fā)育。地層產(chǎn)狀主要受褶曲控制，總的地層走向為NE，傾角平緩，其中北部一般5°～10°;南部8°～14°，局部可達18°。井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)陷落柱及巖漿巖侵入，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度為簡單。

4煤三盤區(qū)軌道巷開窩處標(biāo)高1098.8m，層位在4-1煤層頂板中，平均煤層厚度12.1m。由于該區(qū)域4-1煤層傾角較大，局部達到32度左右，所以設(shè)計軌道巷上山坡度24度，從4-1煤層頂板穿入4-1煤層底板中，平距98m(斜長106m);之后4-1煤層傾角變緩至8度左右，軌道巷坡度也變緩至9度，沿4-1煤層底板掘進，平距55m(斜長56m);掘進的4煤三盤區(qū)軌道巷設(shè)計在4-1煤層中，其4-1煤層老頂為山西組底部K3砂巖，K3砂巖平均厚6m，灰色，細(xì)～中粒、鈣質(zhì)膠結(jié)，結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，砂巖裂隙發(fā)育明顯受構(gòu)造控制，斷層附近裂隙發(fā)育，富水性強，其它地段裂隙發(fā)育較弱，含水性弱，預(yù)計其涌水量在0～1m3/h。

二、問題的提出

葫蘆堂煤業(yè)為一個高產(chǎn)高效現(xiàn)代化裝備礦井，采掘機械達到了現(xiàn)代化裝備水平，井田煤層賦存為近水平煤層，井田劃分為盤區(qū)式劃分，采掘機械充分發(fā)揮了其效力，在井田的4煤三盤區(qū)由于受局部構(gòu)造的影響，局部達到32度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了掘進機的適應(yīng)能力。

4煤三盤區(qū)軌道巷使用的掘進機為 EBZ-160掘進機，EBZ-160型綜掘機主要用于煤巖硬度f≤8.5的半煤巖以及軟巖巷道，最大定位截割斷面26.0㎡，縱向工作坡度 ≤±18°，最適宜截割高度2.4～4.8m。三盤區(qū)軌道巷受褶曲構(gòu)造的影響，導(dǎo)致煤層傾向角度局部達到32°，達到平均28°，施工段長達106m，煤厚11m，通過優(yōu)化設(shè)計最后確定用24°上山掘進。

通常大傾角上山掘進多采用鉆爆破法施工，但結(jié)合葫蘆堂煤業(yè)現(xiàn)場實際情況，鉆爆施工存在以下問題。一是鉆爆施工需要單獨組建炮掘隊伍，而葫蘆堂煤礦只有三盤區(qū)受褶曲構(gòu)造影響煤層傾角大，后期類似工程量很少，組建和保持炮掘?qū)慕?jīng)濟上和礦井組織管理上均不合理。二是鉆爆掘進時工人勞動強度較大。三是由于巷道斷面較大，打眼及處理懸矸等工作危險系數(shù)高，存在大量安全隱患。四是上山施工完畢需要建立輔助運輸系統(tǒng)后方能提升綜掘機到位才能掘進工作面平巷，影響了工程整體施工的連續(xù)性。五是上坡掘進施工難度大，進度慢，嚴(yán)重影響礦井生產(chǎn)接續(xù)，面臨接續(xù)極其緊張局面。

鑒于炮掘帶來的諸多不利因素，經(jīng)過研究決定在采取必要的技術(shù)措施的前提下采用掘進機施工試行，無疑對礦井的安全生產(chǎn)和效率的提高有重要的意義。

三、主要技術(shù)原理

掘進機施工坡度的限制就是掘進機在斜巷中施工時造成掘進機下滑的巷道的施工坡度。造成掘進機下滑的因素較多，主要因素有四個:一是若施工巷道底板巖石較堅硬時，掘進機履帶與巷道底板之間滑動摩擦系數(shù)小，造成掘進機履帶與巷道頂板間的滑動摩擦力較小;二是掘進機截割施工時，掘進機防塵噴霧的使用造成巷道底板濕滑，降低了掘進機履帶與巷道底板間的摩擦系數(shù)，也降低了掘進機履帶與巷道底板間的滑動摩擦力;三是掘進機在上坡時必須靈活移動能應(yīng)付各種下滑趨勢，掘進機二運在掘進上坡過程中給掘進機以向下的拖力，導(dǎo)致掘進機上坡動力的額外損失，而且給掘進機的靈活移動帶來了很大的不便;四是施工巷道傾角大時，掘進機本身的傾斜度就會隨之變大，導(dǎo)致掘進機重力中向下的分力變大，加之掘進機截割時會沿截割臂產(chǎn)生一個截割阻力作用在掘進機上，且截割阻力的方向平行于巷道向下，掘進機本身重力的向下分力與截割阻力的作用力方向是一致的，兩個作用力合成后結(jié)合掘進機本身的震動造成掘進機在截割過程中極易下滑。對于以上四個因素的分析，作出以下技術(shù)原理研究與論證:一是針對大坡度上山時履帶和底板巖石之間摩擦力較小的現(xiàn)象，采用在底板上留底煤的方法來解決底板光滑的問題，以增加底板的摩擦力。綜掘機履帶走在底煤上比直接走在底板巖石上的摩擦力要大的多，這樣便可以解決硬(履帶硬)碰硬(底板硬)摩擦力小的問題。二是改進綜掘機的冷卻供水系統(tǒng)。冷卻供水系統(tǒng)改進后，冷卻供水系統(tǒng)與除塵噴霧供水系統(tǒng)分離，掘進機的冷卻系統(tǒng)用水經(jīng)排水管路直接流入后路水溝中，保證綜掘機所處巷道段底板不濕滑，能夠有效防止掘進機的下滑。三是針對掘進機二運在掘進機上行掘進帶來的不利，在掘進上坡掘進時將掘進機二運拆除，采用刮板輸送機跟掘進機運輸。四是將半圓木墊在綜掘機履帶后部和后支撐下面的底煤上，以增加綜掘機后面的高度，減小綜掘機的傾斜度，這樣也減小了綜掘機向下的分力，而且掘進機截割過程中產(chǎn)生的進刀阻力也將減小，從而消除掘進機在截割過程中產(chǎn)生的下滑現(xiàn)象。

四、采取的安全技術(shù)措施

第一，強化對掘進機的檢修及配件保障工作，確保掘進機處于良好的工作狀態(tài);第二，強化技術(shù)保障工作，從單位抽調(diào)掘進機操作技術(shù)能手，保證技術(shù)力量;第三，在規(guī)定范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整掘進機液壓泵的輸出壓力，增大掘進機的動力;第四，采取前部抄底后部墊高的施工方法，確保掘進機的傾角在15°以內(nèi);第五，掘進機履帶打滑時，采用鏟板配合后支撐將掘進機履帶擔(dān)空，然后使用半圓木橫向 墊在履帶下面，增大履帶的摩擦力，從而增大掘進機的爬坡能力;第六，掘進機上嚴(yán)禁放置任何事故工具或材料，防止?jié)L落傷人;第七，掘進機施工期間，施工迎頭后50m范圍內(nèi)嚴(yán)禁其他人員進入;第八，掘進機司機前方設(shè)置擋板并固定牢固，擋板長 2.0m，寬500mm，后100mm;第九，設(shè)定專門時間臥底施工，將掘進機后由于墊高施工造成巷道凈高不符合設(shè)計要求的地段達到要求。

五、相對炮掘的優(yōu)勢

第一，杜絕了人工出貨的環(huán)節(jié)，大大降低了在出貨過程中工人的勞動強度;第二，采用綜掘施工時，在架棚施工竄前探梁時，施工人員可站在掘進機上竄前探梁，穩(wěn)定性強，容易操作，相對炮掘施工(人員必須站在腳手架或馬凳子上竄前探梁)減少了安全隱患;第三，減少了放炮施工對巷道圍巖的震動破壞，有效降低了冒頂危害性;第四，由于采取了短掘短支配合密集撞楔的施工方法，最大程度地保證了頂板的穩(wěn)定，使頂板煤層不至于冒落，減少了接頂?shù)沫h(huán)節(jié)，消除了隱患，簡化了施工工序，減少了材料消耗;第五，掘進機施工過程中，單進進尺沒有降低，確保了工作面的正常接替。

六、結(jié)語

綜掘機的使用代表著煤礦掘進機械化程度的提高，是提高巷道單進效率的有力保證。但是掘進機受地質(zhì)條件影響較大，特別是巷道坡度的變化。此次在三盤區(qū)軌道巷施工中，通過調(diào)整掘進機的施工工藝，提高了掘進機在大傾角割煤時的穩(wěn)定性，填補了國內(nèi)綜掘機施工大傾角巷道的空白。

三盤區(qū)軌道巷大傾角段工程量106米，采用掘進機施工，僅用了10d時間即到上坡段，平均每天進尺10.6m，并創(chuàng)出了日進15m的大傾角巷道施工進尺記錄，相比炮掘施工提前工期10天。為公司掘進機大傾角爬坡施工積累了寶貴經(jīng)驗和可靠的數(shù)據(jù)，確保公司安全高效發(fā)展。

三盤區(qū)軌道巷大傾角上坡施工的實踐，是對掘進機施工工藝的一次大膽的探索，充分發(fā)揮了綜掘施工的優(yōu)勢，不僅在軌道巷施工取得了成功，也為以后類似條件的綜掘施工打下了基礎(chǔ)，提供了寶貴的經(jīng)驗，更是為公司以后綜掘機的推廣和優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

［1］曲廣龍.巖巷高速高效掘進施工技術(shù)研究［D］.山東科技大學(xué)，2008

［2］范凱，黃森林.長距離大傾角下山快速掘進技術(shù)研究［J］.煤炭工程，2010