大斷面巖巷炮掘工作面機械化快速掘進技術(shù)裝備與應(yīng)用

李晶昆，白 楊，常波波，丁 鼎

(陜西彬長孟村礦業(yè)有限公司,陜西 咸陽 713600)

0 引言

陜西彬長孟村煤礦中央帶式輸送機大巷DF29斷層區(qū)域受沖擊地壓影響破壞嚴重，之后礦井將此段巷道層位調(diào)整在頂板巖層中。該工程為礦井災(zāi)害治理重點工程，其掘進速度制約著礦井的生產(chǎn)，因此，迫切需要一套可行性強、較為完善的巖巷大斷面快速掘進技術(shù)，加快巖巷掘進技術(shù)發(fā)展，提高巖巷單進水平，滿足該礦井治災(zāi)需求。

1 礦井及工作面概況

1.1 礦井概況

陜西彬長孟村礦井東西長約10.6 km，南北寬約8.3 km，面積63.59 km2。礦井主采煤層4號煤，厚度0～26.30 m，礦井4號煤層屬于Ⅲ類，為具有強沖擊傾向性的煤層；頂板巖層屬于Ⅱ類，為具有弱沖擊傾向性的頂板巖層[1]，陜西彬長孟村礦業(yè)有限公司被定性為嚴重沖擊地壓礦井[2]。

1.2 工作面概況

中央帶式輸送機大巷層位調(diào)整段全長849 m，掘進目的是將該巷道受DF29斷層構(gòu)造影響區(qū)段層位調(diào)整到頂板巖層中，保證DF29斷層面前后200 m范圍巷道進入煤層頂板巖石中，且至煤層頂界法向距離不小于10 m，以此消除DF29斷層前后的中央帶式輸送機大巷的沖擊危險。該段巷道主要以細粒砂巖為主，普氏系數(shù)f為5，設(shè)計斷面為直墻半圓拱斷面，荒寬5.64 m，荒高4.57 m，荒斷面為22.4 m2，采用爆破法掘進方式施工。

2 爆破支護施工方案

2.1 錨桿(索)支護參數(shù)

錨桿：采用規(guī)格為MSGLW-500/φ22 mm×2 500 mm的左旋無縱肋螺紋鋼樹脂錨桿，間排距為700 mm×700 mm，一排17根。錨桿采用加長錨固[3]方式，每根錨桿配用2支MSK2335和2支MSZ2335樹脂錨固劑，錨桿托盤采用150 mm×150 mm×12 mm的Q235鋼板，錨桿錨固力和扭矩力不低于100 kN和200 N·m。

錨索：采用延展率大于5%的1×19股-1860級預(yù)應(yīng)力錨索，規(guī)格為φ21.8 mm×7 100 mm的鋼絞線，每根錨索配用2支MSK2335和3支MSZ2335樹脂錨固劑，間排距1 200 mm×700 mm，一排5根。錨索預(yù)應(yīng)力不低于200 kN，托盤采用Q235蝶形鋼板，規(guī)格為300 mm×300 mm×16 mm。

2.2 爆破參數(shù)

炮眼布置如圖1所示，炮眼參數(shù)及裝藥量詳見表1。

圖1 炮眼布置Fig.1 Blasthole arrangement

表1 爆破說明

3 機械化設(shè)備配備及應(yīng)用

3.1 炮眼施工裝備

液壓鉆車：巷道炮眼施工采用CMJ2-35型礦用液壓鉆車[4]，具體外形如圖2所示，設(shè)備參數(shù)詳見表2。

圖2 CMJ2-35型礦用液壓鉆車Fig.2 CMJ2-35 mine hydraulic drill truck

表2 CMJ2-35型礦用液壓鉆車設(shè)備參數(shù)

使用范圍：CMJ2-35型礦用液壓鉆車全機采用防爆設(shè)計、機身小，結(jié)構(gòu)緊湊，廣泛應(yīng)用于掘進巷道中鑿巖各類孔作業(yè)，具有節(jié)約能源、節(jié)約人力、鑿巖效率高、鉆桿成本低、噪聲小、提高施工質(zhì)量等特點[5]。施工炮眼時可以全斷面施工，炮眼施工過程采用平動臂模式。

平動臂模式的特點：①在平動臂模式下，無論大臂如何上、下、左、右擺動，都能自動保證鉆出的孔與孔之間保持平行。②可準(zhǔn)確、快速定位——平動臂技術(shù)提高了設(shè)備的自動化性能、降低了操作難易程度；定眼時，普通鉆臂需要通過調(diào)整3～4個油缸去保證炮孔的平行度且需要操作人員具備豐富的工作經(jīng)驗才能保證炮眼的施工角度，應(yīng)用平動臂技術(shù)，只需動用相應(yīng)方向1～2個油缸即可快速定準(zhǔn)炮孔位置，大幅度提高定眼效率。③通過保證鉆孔質(zhì)量可提高巷道爆破后整體形狀規(guī)整度。④降低卡釬風(fēng)險、降低斷釬概率——在打密集孔時若不能保證孔平行，就容易出現(xiàn)孔穿透交叉而導(dǎo)致卡釬，而平動臂技術(shù)則可確保孔平行從而不易出現(xiàn)交叉現(xiàn)象，降低斷釬概率[6]，參數(shù)見表2。

應(yīng)用：CMJ2-35型礦用液壓鉆車僅需要操作司機1人，一般在距離工作面5 m的位置全斷面施工炮眼，每個炮眼用時2 min。

3.2 破碎裝載設(shè)備

矸石破、裝、運采用ZPY-40/20L煤礦用破碎裝巖機[7]，搭接DSJ-80/40/2×55膠帶輸送機實現(xiàn)。裝巖機具體外形如圖3所示，設(shè)備參數(shù)見表3。

圖3 ZPY-40/20L煤礦用破碎裝巖機Fig.3 ZPY-40/20L mine crushing rock loader

表3 ZPY-40/20L煤礦用破碎裝巖機設(shè)備參數(shù)

使用范圍：ZPY-40/20L是針對國內(nèi)巖巷掘進效率低、工人勞動強度大而研制的一種巖巷快速裝載機械，它集裝載、破碎、輸送為一體，不但能對巖巷工作面爆破后落下的巖石進行快速機械化裝載和輸送，而且還能對體積較大、硬度較高的巖石進行破碎作業(yè)，從而進一步提高巖石運輸?shù)男省?/p>

設(shè)備特點：①該機機組結(jié)構(gòu)合理，大部件強度高，剛性好；②機組全部采用液壓系統(tǒng)控制，方便井下維修與操作；③采用了低速大扭矩馬達直接驅(qū)動的單鏈刮板，有效地杜絕了雙鏈刮板運輸時的斷鏈和卡鏈現(xiàn)象；④采用了鏟板與大扭矩馬達驅(qū)動的耙爪配合進行裝料；⑤采用了大型液壓破碎錘機構(gòu)，可以對爆破后的大塊巖石進行破碎；⑥采用了靈活方便的挖斗機構(gòu)，進行爆破巖石的輔助裝運和水溝水倉的挖掘工作；⑦裝配有靈活轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)機構(gòu)和升降機構(gòu)，可方便實現(xiàn)大臂的升降和回轉(zhuǎn)，擴展了破碎錘和挖斗的各項功能；⑧采用漲緊輪組和漲緊油缸組成的履帶漲緊裝置；⑨全機所有的重要執(zhí)行元件，均采用進口元器件，性能安全可靠[8]。

應(yīng)用：耙裝機距離工作面0～20 m，爆破時退至迎頭向外20 m(機尾滾筒處)，采用加工護板遮擋保護，出矸時配合橋式轉(zhuǎn)載機前后移動，左右輕微移動，同時采用防爆裝載機將機尾外段矸石轉(zhuǎn)運至耙裝機前，橋式轉(zhuǎn)載機[9]搭接DSJ-80/40/2×55膠帶輸送機完成出矸。

3.3 錨桿鉆車

煤礦用液壓錨桿鉆車：錨桿索支護采用CMM2-25型煤礦用液壓錨桿鉆車[10]，具體外形如圖4所示，設(shè)備參數(shù)見表4。

使用范圍：CMM2-25型煤礦用液壓錨桿鉆車滿足掘進工作面斷面寬度最大6.5 m、高度最大4.8 m的巷道支護，鉆車在結(jié)構(gòu)上采用了整體升降的工作平臺，可以根據(jù)巷道不同高度采取平臺升降來調(diào)整人員的作業(yè)高度，從而實現(xiàn)巷道頂板、側(cè)幫錨桿孔、錨索孔的機械化作業(yè)施工。該鉆車具有大斷面支護，工作安全性及效率高，工人勞動強度低等特點，尤其是工人在使用鉆車進行錨桿索支護作業(yè)時能大大縮短支護作業(yè)時間，提高支護效率和支護質(zhì)量。該鉆車結(jié)構(gòu)合理，機構(gòu)緊湊，運轉(zhuǎn)靈活，操作方便，是一種快速、高效、機械化的掘進支護裝備。該鉆車適用于礦山巷道掘進工作面的支護機械化作業(yè)[11]。

圖4 CMM2-25型煤礦用液壓錨桿鉆車Fig.4 CMM2-25 mine hydraulic anchor drill truck

表4 CMM2-25型煤礦用液壓錨桿鉆車設(shè)備參數(shù)

設(shè)備特點：①結(jié)構(gòu)合理，零部件強度好、剛性好；②液壓系統(tǒng)采用負載敏感控制，既減少了能耗，又杜絕了系統(tǒng)發(fā)熱失效的可能性，大大的延長了密封件的使用壽命；③行走機構(gòu)采用液壓馬達+減速機驅(qū)動；④設(shè)有2組鉆臂及鉆孔推進機構(gòu)，均由液壓系統(tǒng)控制，且2組鉆臂及鉆孔推進機構(gòu)可獨立并同時作業(yè)；⑤2組鉆孔推進機構(gòu)可實現(xiàn)不同位置和角度的旋轉(zhuǎn)，可進行全方位的頂板、側(cè)幫、錨桿、錨索、迎頭炮孔及探測孔的施工作業(yè)；⑥設(shè)有可升降的前部支撐機構(gòu)裝置，在迎頭空頂下可對作業(yè)人員進行保護；⑦設(shè)有可升降的作業(yè)平臺，2組鉆臂可隨作業(yè)平臺上下升降，以滿足不同巷道高度的施工要求，并方便作業(yè)人員操作；⑧設(shè)有可翻轉(zhuǎn)、伸展及增高的踏板裝置，以滿足不同巷道寬度的施工要求，并方便作業(yè)人員操作。

應(yīng)用：工作面完成出矸后，應(yīng)用機載前探梁完成臨時支護，3人操作便可完成巷道拱基線以上全部支護。拱基線以下采用YT28氣腿式鑿巖機進行支護[12]。

4 結(jié)語

孟村煤礦中央帶式輸送機大巷炮掘工作面機械化掘進配備了“CMJ2-35型礦用液壓鉆車+ZPY-40/20L煤礦用破碎裝巖機+橋式轉(zhuǎn)載機+CMM2-25型煤礦用液壓錨桿鉆車”成套快掘系統(tǒng)后，大幅度提升爆破掘進作業(yè)的炮眼施工、矸石破裝運及支護效率，使大斷面巖巷月平均單進達到120 m/月，較傳統(tǒng)炮掘工藝掘進效率提高33.3%，這套設(shè)備方案有效提高了孟村煤礦炮掘工作面的快速安全掘進，為該礦災(zāi)害治理工程的進展提供了有力的技術(shù)保障，為礦井及公司巖巷快速掘進積累了豐富的經(jīng)驗，取得了重大突破，同時也為實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。