液壓巖石分裂機在煤礦的應用

翁海龍

（國家能源集團保德煤礦，山西 忻州 036600）

0 引言

國家能源集團保德煤礦位于山西省忻州市保德縣境內(nèi)，井田南北長14 km，東西寬5.7 km，面積達55.9 km2。地處河東煤田的北部，黃河東岸，屬黃土高原晉西北邊緣地段，是晉北大型煤炭基地河保偏礦區(qū)?，F(xiàn)開采井田最上層的8#煤層，該煤層以礦井康孫大巷（+720 m～+760 m標高的水平大巷），8#煤層主、輔運大巷，五盤區(qū)主、輔運大巷，“三盤區(qū)”防隔水煤柱為分界，把井田劃分為一、二、三（上）、三（下）、五，共5個盤區(qū)。

1 回采工作面基本情況

81307綜放工作面所回采煤層為二疊紀煤層，煤層總體近南北走向，呈向西傾斜的單斜構造，煤層傾角為3°～7°，平均4°左右，為左工作面，采煤機破碎機靠右側(cè)朝向機尾側(cè)。煤層及頂板裂隙較為發(fā)育，在煤層起伏變化處發(fā)育強烈，造成頂板破碎冒落，且部分段發(fā)育有古河流沖刷帶，老頂為粗粒砂巖、鈣質(zhì)膠結，膠結程度差，抗壓強度低。每逢回采過程中遇周期來壓，架前易發(fā)生大塊巖石冒落現(xiàn)象，導致機頭運輸系統(tǒng)被堵、采煤機難以正常通行等現(xiàn)象，嚴重影響正常生產(chǎn)。

當出現(xiàn)大塊巖石冒落在靠機尾和采煤機之間時，通過判斷巖石大小進行處理，較小的巖石由采煤機推至轉(zhuǎn)載機進入破碎機，還能由采煤機破碎機多次進行截割、破碎處理，然而巖石較大且硬度較高時，則只能通過人工鑿巖、火工品爆破的方式進行處理。人工用風鎬、大錘破碎巖石，勞動強度大且效率低。為了安全起見，冒落的巖石為不規(guī)則的長條狀時，如果用火工品，巖石打孔后最小抵抗線很難把握安全（炸藥的埋置深度，稱為最小抵抗線），易發(fā)生巖石表面崩碎、飛濺誤傷人和設備。

2 液壓巖石分裂機的應用

2.1 液壓分裂機介紹

選用型號為MKL-250液壓分裂機，其技術參數(shù)見表1。

表1 主要技術參數(shù)

一套液壓巖石分裂機通常由液壓動力站、液壓分裂槍和高低壓液壓連接管3大部分組成［1-3］，如圖1所示。

液壓動力站：主要由動力源（電動機）、液壓泵、限壓閥、液壓油箱等部分組成［4-6］。動力源產(chǎn)生動力，驅(qū)動液壓泵，從而通過高低壓連接管向巖石液壓分裂機提供高壓、小流量的液壓油。同時，為了工作安全，液壓系統(tǒng)由一個限壓閥控制，壓力極限為60 MPa［7-9］。根據(jù)液壓泵的功率不同，一臺液壓動力站可以同時驅(qū)動3～6條分裂槍。

液壓分裂槍：主要由控制閥、液壓缸、楔塊組（包括一個中間楔塊和兩個成對反向楔塊）3部分構成。液壓缸是由優(yōu)質(zhì)鋼制成，重量輕且極其耐用。反向楔塊的表面鍍有一層特殊的硬質(zhì)材料，具有很高的抗壓強度和耐磨性能，可以提高其使用壽命10倍以上。

圖1 液壓巖石分裂機示意圖

高、低壓液壓連接管：用于聯(lián)結巖石液壓分裂機和液壓動力站，加上分配器可將多個分裂機與一套液壓動力系統(tǒng)相連起來。而快速接頭可以在數(shù)秒鐘內(nèi)十分方便地將整個系統(tǒng)連接完畢并開始工作，或拆開以便于運輸。

2.2 使用設計

分力點設計：合理設置可保證作業(yè)質(zhì)量和工作效率［10-11］，通過對現(xiàn)場巖石（矸石）的密度、強度檢測，結合實踐，不斷分析、優(yōu)化總結。例如，分裂一塊長4 m、寬2 m、高2 m的花崗巖，一般設置5～7個分力點。

鉆孔參數(shù)：孔徑大于 φ42 mm，孔深大于500 mm，孔間距根據(jù)被分裂物體密度、強度進行設計，一般最佳效果的間隔應不大于500 mm。

設計理念：石材的劈裂，有史以來先后依靠石匠手工敲鑿、火工品爆破、二氧化碳爆破等方式，效率雖然逐步提高，但需要二次保護工序多，使用環(huán)境受限，產(chǎn)生大量有害氣體、巖石飛濺、噪聲等。常規(guī)的機械破碎方法有風鎬、破碎錘等，都是通過外力的作用來破壞物體的結構。但通常需要被破碎的一些脆性物體的抗壓強度很高，其抗拉強度卻相當?shù)汀４蟛糠謳r石的抗壓強度遠遠大于其抗拉強度和抗剪強度，其比值大約為10∶1。比如：花崗巖，硬度等級高達莫氏7.5～8級，而抗拉強度卻通常只有3～10 MPa，即抗拉強度遠遠低于其抗壓強度。液壓巖石分裂機正是利用脆性材料抗拉強度低的這一特性，運用楔塊組的力學原理及液壓機理開發(fā)出來。

2.3 主要實施步驟

選擇分裂機：通過對被分裂的物體密度、強度檢測，選擇合適的分裂機，并根據(jù)被分裂的物體大小，從而設計所需施工鉆孔數(shù)量。按照設計鉆特定直徑、間隔數(shù)量、深度的孔。開機前檢查壓力油量是否符合油標指示要求（需達到油標指示2/3以上）。理順油管，動力頭兩側(cè)斜面均涂高壓潤滑脂；扣好兩片楔片，楔片不歪扭、不開縫，確保楔片工作面中無砂石雜物。在劈裂2～3個孔后，應將楔片及動力頭斜面清除干凈，重新涂上潤滑脂。

安設分裂機：分裂機槍頭插入孔底，啟動動力泵，注意電機運轉(zhuǎn)方向（電機風扇應按順時針方向運轉(zhuǎn)）。開動泵站換向閥，將巖石液壓分裂機的楔塊組依次插入打好的孔中。安設好分裂槍后，設置警戒，遠程開泵并操作送液，分裂過程中要注意觀察泵站壓力表壓力，如果壓力達到60 MPa，被分裂的物體未發(fā)生明顯變化，則立即停止分裂，采取縮短鉆孔間隔距離重新嘗試。

操作步驟：分裂后操作卸壓，將分裂槍上的換向閥打到2#位置，楔片上行回位，當回位后，將手柄打到中位卸載。完成分裂作業(yè)后，應卸油壓并關閉油泵電機。

2.4 使用及性能效果分析

使用效果分析：通過綜采隊在現(xiàn)場用該液壓巖石分裂機破碎大塊巖石的實際使用效果，同比之前使用人工機械破碎方式的風鎬、破碎錘對比，該效率非常高，節(jié)省時間，安全可靠。處理相雷同的約2 m×2 m×1 m巖石大塊，采用該液壓巖石分裂機比過去機械式處理時間快4/5，且?guī)r石塊越大，優(yōu)點突出越明顯。分裂巖石效果如圖2所示。

圖2 液壓巖石分裂機效果示意圖

性能效果分析：液壓巖石分裂機在施工過程中呈現(xiàn)靜態(tài)分裂，不同于火工品爆破和其他沖擊錘、鑿巖設備等危險。經(jīng)濟環(huán)保，與大多數(shù)火工品爆破、二氧化碳爆破等破巖石方法不同，液壓巖石分裂機可以很快完成分裂，而且能夠不間斷連續(xù)作業(yè)，效率高；養(yǎng)護成本低，能夠反復使用。使用過程中不會出現(xiàn)大噪聲、粉塵、飛屑等，而且周圍環(huán)境不會受到影響，不用大范圍做各種保護措施。精準簡易，液壓巖石分裂機可以根據(jù)所需起裂縫隙的方向、分裂形狀及需要去除部分的尺寸進行設計施工，維護簡單，單人即可搬運操作。

3 結語

液壓巖石分裂機結構簡單、安全可靠、劈裂巖石速度快、實施效率高、成本低、經(jīng)濟效益和社會效益顯著。使用結果表明：該分裂機完全可以取代火工品爆破，是大塊巖石分解的理想方法之一，是一種經(jīng)濟、高效實用的無火工品爆破施工的機械方式，為煤礦綜采面提供了安全可靠、值得信賴的破碎大塊巖石方法。