大斷面長距離全巖巷道綜合機械化掘進作業(yè)線的創(chuàng)建

李 洋 袁文生 類成楠

(內(nèi)蒙古福城礦業(yè)有限公司, 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014217)

福城煤礦+740 m 南翼大巷長度3800 m，布置在上海廟煤田9 煤底板中。9 煤底板為細砂巖，灰白色～灰色，砂粒結(jié)構(gòu)，斜層理構(gòu)造，主要成分石英、長石，鈣質(zhì)膠結(jié)，厚1.21 m；再下為粉砂巖，淺灰色，砂粒結(jié)構(gòu)，斜層理構(gòu)造，鈣質(zhì)膠結(jié)，夾有泥質(zhì)條帶，含植物根莖化石，厚2.69 m。巷道埋深500 m，巷道設(shè)計長度4245 m。巖層本身硬度大，在這種地質(zhì)條件下，存在爆破效果差、打眼效率低等問題，嚴重制約了巷道的掘進速度。由于巷道施工長度較長，嚴重影響了工人的工作效率，在巷道斷面放炮施工也存在安全隱患。為了提高巷道掘進施工效率，必須改進傳統(tǒng)施工工藝，建立起新型機械化作業(yè)線[1]。

1 掘進設(shè)備選型

1.1 綜掘機選型

為了實現(xiàn)巷道的快速掘進，改進傳統(tǒng)硬巖巷道爆破掘進的施工工藝，+740 m 南翼大巷配備MH620 型硬巖掘進機，MH620 重型硬巖掘進機用于大斷面巷道的快速掘進，整機總重122 t。掘進機雙截割頭縱軸伸縮式截割方式掘進，截割電機功率300 kW，水冷式，奧鋼聯(lián)全進口鈦合金截齒，每個滾筒有87 個截齒，具有截割快速、穩(wěn)定的特點。

MH620 型硬巖掘進機主要技術(shù)參數(shù)：長度為12 200 mm，高度（含排塵道）3150 mm，高度（不含排塵道）2825 mm，機器寬度2594 mm，鏟板寬度4800～5500 mm，履帶寬度720 mm，最大切割高度5300～5800 mm，水平擺動的切割寬度為8000～8800 mm，最大臥底量480 mm。

1.2 機載臨時支護選型

巷道截割完成后，如何快速進行安全有效的臨時支護，是保證施工安全及效率的必要環(huán)節(jié)。前期巷道多采用前探梁式臨時支護，該臨時支護缺點較多：巷道頂板沒有初撐力，操作過程復(fù)雜，用時長，效率低，人員進入空頂區(qū)，安全隱患極大[2]。為了解決臨時支護問題，MH620 型硬巖掘進機引進了ZLJ-620 機載臨時支護裝置，如圖1 所示。機載臨時支護用綜掘機的泵站供油，通過安設(shè)三通閥進入高壓油路過濾器，再經(jīng)溢流閥到達操作閥，通過供經(jīng)分流集流閥分流，液壓油進入雙向鎖，雙向鎖打開進入油缸，從而頂架打開升起，直到所需要的高度、角度停止。機載臨時支護裝置技術(shù)參數(shù)：支護寬度2 m（展開3.4 m），支護面積2 m×2.1 m（展開3.4 m×3.4 m），支護超出炮頭2 m，最大支撐力3 t。 操作時先把前伸架、側(cè)伸架伸出，翻開前擋板，然后把鋼筋網(wǎng)放在頂架上用伸縮油缸推起四個頂柱油缸到所需要的角度。升起四個頂柱油缸，把鋼筋網(wǎng)及前擋板頂?shù)较锏浪栉恢?，把平臺伸出、翻開，就可以在支護下安全地打安錨桿了。

ZLJ-620 機載臨時支護裝置，對掘進機的改動量小，不干擾掘進機的運動和切割功能；安全性好，能夠根據(jù)頂板實際情況而施加一定的初撐力，同時能夠根據(jù)巷道頂板角度進行角度調(diào)整，主動適應(yīng)巷道頂板。使用機械化作為臨時支護作業(yè)，有效地消除了人工支頂，極大地降低了迎頭工人施工勞動強度，在提高了掘進效率的同時，也使工人的安全得到了有效的保障。該臨時支護帶有可伸縮式炮頭護罩，提高了頂板支護的安全性。

圖1 +740 m 南翼大巷ZLJ-620 機載臨時支護示意圖

1.3 運輸系統(tǒng)

在+740 m 南翼大巷入倉巷鋪設(shè)125 kW×2 皮帶直接卸載+740 m 矸石倉，跟機安裝250 kW×2大功率皮帶機，帶寬均為1000 mm，采用獨立排矸系統(tǒng)，大大提高了排矸能力。跟機配備帶寬1000 mm 的250 kW×2 大功率皮帶機，采用獨立排矸系統(tǒng)，保證了排矸能力；儲帶倉將達到100 m，減少加長皮帶次數(shù)，減少皮帶鉚扣數(shù)量，既減輕了勞動強度又提高了勞動效率。

單軌吊隨巷道掘進及時打設(shè)，物料直接運至迎頭，既提高了運輸效率，又減輕了工人勞動強度。

隨著巷道施工長度增加，工區(qū)使用無軌膠輪車運人，進一步降低了工人勞動強度，提高生產(chǎn)效率。

2 巷道斷面技術(shù)改進

+740 m 南翼大巷采用“錨網(wǎng)噴”作為永久支護。錨桿采用MSGLD-335 等強螺紋鋼式樹脂錨桿（Φ22 mm×L2200 mm ），間排距1000 mm×1000 mm，錨深2150 mm，錨桿布置方式采用成排成行布置；托板采用Q235 的鋼材制作，必須選用鋼制蝶形托盤，大小規(guī)格一般為150 mm×150 mm×10 mm；鋼筋網(wǎng)采用Φ4 mm 或Φ6.0 mm 盤圓條，或冷撥鋼筋編織，網(wǎng)格尺寸不大于100 mm×100 mm，網(wǎng)格均勻；噴漿總厚度120 mm。頂板破碎、揭露煤層及遇斷層時，補打錨索加強支護，錨索間排距為2000 mm×2000 mm，每排打設(shè)3 根，布置在正頂及兩肩窩處。巷道施工前期，巷道斷面為直墻半圓拱，由于掘進機雙截割頭縱軸伸縮式截割方式掘進，巷道頂板無法切割成半圓拱形，進而影響巷道施工進度。根據(jù)巷道實際使用情況及綜掘機切割成型，后期將巷道斷面更改為平頂半圓拱形斷面，有效地提高巷道施工效率。+740 m 南翼大巷優(yōu)化前后巷道斷面如圖2、圖3 所示。

圖2 +740 m 南翼大巷前期巷道斷面

2.1 作業(yè)模式

綜掘機破巖后頂板完好時以錨桿間排距為1600 mm×1600 mm 進行初期五花錨網(wǎng)支護，后期在綜掘機后將支護錨桿補齊，頂板條件較差時初期頂板完整錨網(wǎng)支護后進行集中噴漿，實現(xiàn)“掘、錨、噴”同時作業(yè)。

圖3 +740 m 南翼大巷巷道斷面優(yōu)化圖

2.2 綜合降塵系統(tǒng)

+740 m 南翼大巷采用了 “九二除塵法”綜合控塵系統(tǒng)[3]。該系統(tǒng)優(yōu)化了除塵風機吸風口位置、附壁風筒方式及距工作面位置，實現(xiàn)了含塵風流全部進入除塵風機。配合綜掘機內(nèi)外噴霧、自動凈化水幕、封閉式捕塵網(wǎng)等構(gòu)成一個綜合高效控塵系統(tǒng)。除塵效率由改造前的40%升高到92%以上，明顯改善了現(xiàn)場勞動環(huán)境，提高了勞動效率。主要內(nèi)容有：

（1）加工一個三面帶孔的除塵風機吸風口，安裝在綜掘機機身旋轉(zhuǎn)盤后。隨綜掘機掘進時前后、左右移動，距截割部位距離固定在3～4 m。

（2）除塵風機出風口距工作面距離30～35 m以上。

（3）壓入式風筒出風口距迎頭5～6 m 左右，出風口安裝一鐵質(zhì)控風器，按需調(diào)節(jié)工作面風量。

（4）距迎頭20 m 左右風筒上安裝一鐵質(zhì)三通，三通方向安裝控風調(diào)節(jié)板，配合出風口控風器調(diào)節(jié)三通出風量。

（5）綜掘機二運轉(zhuǎn)載點、二運皮帶轉(zhuǎn)載點安裝噴霧，距工作面30 m 內(nèi)安裝風流凈化水幕，噴霧與綜掘機炮頭聯(lián)動。

（6）距工作面100～200 m、300 m 內(nèi)各安裝一道捕塵網(wǎng)，交替前移，盡量減少粉塵污染范圍。

+740 m 南翼大巷工作面使用掘進機后配套HCN600 型濕式除塵系統(tǒng)和控風器、吸塵罩、司機氧吧組成的封閉控塵系統(tǒng)。HCN600 型濕式除塵系統(tǒng)引進了德國先進技術(shù)，通過霧化、凝聚和脫水三個過程進行除塵。首先是在霧化區(qū)，含塵空氣與從噴嘴噴出的水霧以較高的相對速度接觸，進而使塵粒表面附著的氣膜被沖破，塵粒被噴出的水霧濕潤；在凝聚區(qū)，粉塵與水霧之間發(fā)生激烈的凝聚，凝聚形成含塵水滴，這些含塵的水滴在經(jīng)過脫水區(qū)時大部分被捕捉、聚集，然后形成污水排出；僅有一小部分水滴在經(jīng)過水滴分離器時通過波紋板被分離下來，以污水的形式排出。經(jīng)過以上三個區(qū)域，最后從除塵設(shè)備中排出的空氣是清潔空氣。

該套設(shè)備通過簡單加工，可以安設(shè)在綜掘機后二運支架上。在巷道不斷掘進過程中，該套設(shè)備可以隨綜掘機不斷前移。經(jīng)現(xiàn)場實測，在該工作面，綜掘機在截割過程中，打開此套除塵設(shè)備，能夠有效降低現(xiàn)場的粉塵量，最大除塵效率能夠達到96%，極大改善了截割過程中的施工環(huán)境，保護了員工的身體健康。

3 現(xiàn)場實踐及結(jié)論

福城煤礦+740 m 南翼大巷長度達到4245 m，現(xiàn)場采用綜掘機施工后，單月最高進尺達到335 m，為礦井的連續(xù)高效生產(chǎn)奠定有力的基礎(chǔ)。同時，采用綜掘機械化生產(chǎn)，有效降低了炮掘施工迎頭的個數(shù)，極大提高井下安全生產(chǎn)能力。

（1）在硬巖巷道施工中，采用MH620 綜掘機進行施工，有效地改善了傳統(tǒng)的爆破施工工藝，提高了礦井機械化生產(chǎn)率，減少了巷道掘進存在的安全隱患，降低了礦井生產(chǎn)對火工用品的依賴程度。

（2）使用綜掘機機載臨時支護，有效降低了勞動強度，縮減了支護時間，提高了臨時支護安全系數(shù)，為掘進迎頭安全、高效掘進創(chuàng)造了條件[4]。

（3）在滿足巷道使用要求的前提下，不斷優(yōu)化巷道斷面，確保綜掘機截割頭能夠快速地截割出巷道斷面，極大地縮短綜掘機截割迎頭時間，為提高單進水平創(chuàng)造了條件。

（4）通過打設(shè)單軌吊運輸物料、無軌膠輪車運人及采用了“九二除塵法”綜合控塵系統(tǒng)，改善了現(xiàn)場勞動環(huán)境，提高了勞動效率。