煤礦井下綜掘機(jī)切巷直角拐彎及絞車硐室施工的應(yīng)用

陳小軍

（霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司， 山西 呂梁 033102）

引言

現(xiàn)國(guó)內(nèi)外煤礦巷道開口拐彎基本采用傳統(tǒng)的炮掘工藝，致使掘進(jìn)效率低，安全系數(shù)低，出渣人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，炮掘工藝復(fù)雜對(duì)管路設(shè)備破壞嚴(yán)重。日前,地方監(jiān)管嚴(yán)格，火工品申領(lǐng)困難，煤礦巷道的開口拐彎成為困擾煤礦高速發(fā)展的難題。自2015 年以來，呂梁山煤電有限公司在如何提高礦井“安全、高產(chǎn)、高效”方面下功夫，經(jīng)過五年的發(fā)展歷程，已完全淘汰炮掘工藝，在各類巖、煤巷及硐室拐彎開口、施工作業(yè)，以及采掘工作面過構(gòu)造全部采用綜掘工藝，徹底淘汰火工品使用，真正實(shí)現(xiàn)采掘機(jī)械化水平100%，為礦井實(shí)現(xiàn)安全、高效發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 店坪礦2031 巷工程概況

霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司現(xiàn)目前普遍使用綜掘機(jī)拐彎開口，徹底淘汰了繁瑣的炮掘工藝，現(xiàn)以霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司店坪礦2031 巷（以下簡(jiǎn)稱A 巷）向2031 切巷（以下簡(jiǎn)稱B巷）90°拐彎為例來說明綜掘機(jī)直角拐彎在井下的應(yīng)用，兩巷寬均為4.6 m，采用“三八”制作業(yè)，現(xiàn)使用EBZ-260 綜掘機(jī)。EBZ-260 綜掘機(jī)基本參數(shù)：長(zhǎng)×寬×高=12 m×2.7（3.6）m×1.96 m（綜掘機(jī)機(jī)身寬度2.7 m，鏟板寬度3.6 m），截割臂向左（向右）最大擺動(dòng)角度33°。

2 綜掘機(jī)拐彎前期準(zhǔn)備工作

1）井下工作面巷道在拐彎開口前，根據(jù)巷道施工寬度、綜掘機(jī)設(shè)備尺寸參數(shù)、確定開拐彎口位置，拿出綜掘機(jī)拐彎開口設(shè)計(jì)方案。

理論依據(jù)為：如圖1 所示，綜掘機(jī)機(jī)身中心線與現(xiàn)有巷道成45°夾角時(shí)，機(jī)身前后兩點(diǎn)間的距離為綜掘機(jī)拐彎的最小距離；兩條巷道的拐角點(diǎn)必須過綜掘機(jī)機(jī)身的中點(diǎn)，根據(jù)以上條件利用三角函數(shù)確定開口位置為11 m。

圖1 綜掘機(jī)拐彎開口跨度計(jì)算示意圖

2）綜掘機(jī)距拐彎開口剩余13 m 時(shí)，加強(qiáng)巷道支護(hù)，需縮小A 段巷道錨桿、錨索排距（在原基礎(chǔ)上縮小100～200 mm），確保綜掘機(jī)拐彎開口期間A 段巷道的頂板管理。A 段巷道掘進(jìn)至B 段巷道設(shè)計(jì)拐彎開口位置時(shí)，將B 段巷道開口處幫部支護(hù)高強(qiáng)錨桿、菱形網(wǎng)變?yōu)樗芰襄^桿及塑料網(wǎng)，便于綜掘機(jī)拐彎開口期間快速截割。

3 切巷拐彎開口及絞車硐室施工方法

A 巷利用綜掘機(jī)+ 單軌吊起吊二運(yùn)皮帶機(jī)頭出煤的方式進(jìn)行施工。拐彎施工期間工作面采用短掘短支，割一排支一排。當(dāng)綜掘機(jī)拐彎角度較大，綜掘機(jī)二運(yùn)皮帶無(wú)法與順槽皮帶搭接時(shí)，在頂板施工單軌吊梁，用3T 倒鏈將綜掘機(jī)二運(yùn)皮帶懸吊于單軌吊上，只割煤不出煤，待支護(hù)完成后，通過來回調(diào)整綜掘機(jī)角度進(jìn)行出煤，以此類推。綜掘機(jī)擺正后恢復(fù)正規(guī)循環(huán)作業(yè)。綜掘機(jī)拐彎及絞車硐室施工工藝流程如下頁(yè)圖2 所示。具體分環(huán)節(jié)、分區(qū)段施工工藝如下：

1）首先小斷面正常掘進(jìn)至1 號(hào)絞車硐室，完成1號(hào)絞車硐室的施工，省去安裝期間單獨(dú)施工1 號(hào)絞車硐室，完成1 號(hào)絞車硐室施工后將綜掘機(jī)退至切巷拐彎開口位置，進(jìn)行直角拐彎切巷施工。

2）A 巷開口前5 m 段。完成1 號(hào)絞車硐室施工后，將綜掘機(jī)退機(jī)進(jìn)行直角拐彎，此施工階段循環(huán)進(jìn)度為1 m，每班1 個(gè)循環(huán)，工期為1 個(gè)圓班，施工時(shí)采用短掘短支的支護(hù)形式。綜掘機(jī)退機(jī)至開口左幫11 m 處進(jìn)行擴(kuò)刷，此過程中綜掘機(jī)邊割煤邊出煤。通過不斷調(diào)整綜掘機(jī)角度來回進(jìn)退割煤至A 巷老山側(cè)幫部位置，當(dāng)綜掘機(jī)與二運(yùn)皮帶夾角過大灑煤未能滿足正常出煤時(shí)，只割煤不出煤，割煤后退機(jī)調(diào)整綜掘機(jī)與二運(yùn)皮帶角度進(jìn)行出煤。

圖2 綜掘機(jī)拐彎示意圖

3）A 巷開口 5～8 m 段。循環(huán)進(jìn)度為 2 m，每班 1個(gè)循環(huán)。此時(shí)綜掘機(jī)二運(yùn)皮帶由于角度過大，機(jī)頭無(wú)法與皮帶機(jī)尾正常搭接，調(diào)整綜掘機(jī)角度將綜掘機(jī)在A 巷擺正，然后在A 巷向正前方向截割5 m，此過程只割煤不出煤完成一個(gè)循環(huán)后進(jìn)行永久支護(hù)，以此類推。在A 巷距老山側(cè)幫部1.8 m 處施工單軌吊采用3T 倒鏈起吊二運(yùn)皮帶機(jī)頭，且單軌吊機(jī)頭要位于皮帶正上方。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)需要單軌吊可以實(shí)現(xiàn)彎曲拐彎，此時(shí)綜掘機(jī)二運(yùn)皮帶方可順著單軌吊前后移動(dòng)，此時(shí)利用綜掘機(jī)小溜子及其二運(yùn)皮帶進(jìn)行裝煤并儲(chǔ)煤，退機(jī)使二運(yùn)皮帶機(jī)頭位于皮帶上方時(shí)開皮帶，進(jìn)行卸煤，至工作面煤出干凈后方可繼續(xù)掘進(jìn)，以此類推。

4）A 巷開口 8～11 m 段。循環(huán)進(jìn)度為 2 m，每班 2個(gè)循環(huán)。此階段由于拐彎角度較大，將二運(yùn)皮帶由單軌吊進(jìn)行起吊，二運(yùn)皮帶機(jī)頭位于皮帶機(jī)尾上方，此過程只割煤不出煤完成一個(gè)循環(huán)后進(jìn)行永久支護(hù)。待永久支護(hù)完成后進(jìn)行出煤，通過綜掘機(jī)鏟板裝煤，綜掘機(jī)小溜子儲(chǔ)煤，移動(dòng)綜掘至二運(yùn)皮帶上方后進(jìn)行出煤，以此類推至完成該階段掘進(jìn)[1-2]。

5）A 巷開口 11 m 段以后。循環(huán)進(jìn)度為 2 m，每班2 個(gè)循環(huán)。此時(shí)綜掘機(jī)機(jī)身方可于B 巷擺正完成切巷拐彎開口工作。退機(jī)調(diào)整綜掘機(jī)機(jī)身角度，施工2號(hào)絞車硐室，待2 號(hào)絞車硐室施工完成后，將綜掘機(jī)開至B 巷進(jìn)行切巷的施工，延長(zhǎng)A 巷皮帶至A、B 交界處，在B 巷施工單軌吊起吊綜掘機(jī)二運(yùn)皮帶機(jī)頭，進(jìn)行出煤。待B 巷掘進(jìn)35～40 m 后方可安裝皮帶與A 巷皮帶正常搭接出煤。進(jìn)行切巷的施工完成綜掘拐彎工作，如圖3。

圖3 綜掘機(jī)拐彎后示意圖

4 效益分析

4.1 安全管理方面

1）減少了炮掘期間繁瑣的安全檢查及管控工作，提高了安全系數(shù)。

2）取締了煤巷使用鋼絲繩牽引耙裝機(jī)出渣作業(yè)。

4.2 巷道工期方面

傳統(tǒng)的巷道拐彎工藝為先炮掘開口位置對(duì)幫施工5 m 的耙礦（巖）機(jī)硐室,然后開口施工35～40 m后，進(jìn)綜掘機(jī)進(jìn)行綜掘作業(yè)。（綜掘機(jī)長(zhǎng)度為12 m、綜掘機(jī)二運(yùn)皮帶為10 m、1 m 普通皮帶為10 m、安全距離為5 m）共影響工期12 d，而綜掘開口3 個(gè)原班可完成開口工作。

4.3 工藝工序方面

減少了拐彎期間臨時(shí)支護(hù)、出渣等環(huán)節(jié)中的人工參與，杜絕了耙礦（巖）機(jī)在煤巷中使用的違規(guī)操作，取消了耙礦機(jī)組裝、回撤等工序，提高了整體生產(chǎn)效率；免去安裝期間刷擴(kuò)工作及絞車硐室的施工[3-4]。

4.4 材料成本方面

傳統(tǒng)的巷道拐彎工藝為先炮掘開口位置對(duì)幫施工5 m 的耙礦（巖）機(jī)硐室,然后開口施工35～40 m。其中：布置炮眼40 個(gè)/m，累計(jì)施工1 600 個(gè)炮眼；每個(gè)炮眼放1 條炸藥和1 個(gè)雷管，共需要炸藥1.2 t、雷管 2 000 發(fā)，每發(fā)雷管 3.04 元，炸藥 12 930 元 /t，累計(jì)節(jié)約火工品費(fèi)用21 596 元。

4.5 綠色開采方面

減少了爆破期間產(chǎn)生有毒有害氣體CO、NO2等的排放，改善了井下的作業(yè)環(huán)境。

5 結(jié)語(yǔ)

綜掘機(jī)的開口拐彎適用于≥90°各類巖、煤巷及硐室拐彎開口、施工作業(yè)，目前在呂梁山煤電有限公司已普遍應(yīng)用，該技術(shù)的應(yīng)用徹底淘汰了礦井火工品的使用，真正實(shí)現(xiàn)采掘機(jī)械化水平100%，為礦井實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高效建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。