煤礦井下液壓式巖石劈裂機破巖的應(yīng)用與改進

翟黨帥

(山西潞安集團 司馬煤業(yè)公司，山西 長治 047105)

1 傳統(tǒng)破巖方式

煤礦井下采掘作業(yè)過程中，由于煤層厚度及坡度變化、遇地質(zhì)構(gòu)造、礦壓顯現(xiàn)、巷道維修等情況，會產(chǎn)生較多的零星工程破巖作業(yè)。對于這些零星破巖作業(yè)，大型破巖設(shè)備因作業(yè)空間、輔助運輸?shù)纫蛩仉y以投入使用，且大型破巖設(shè)備安裝費時費力，成本投入高，經(jīng)濟效果差。但這些零星破巖作業(yè)往往會對正常的采掘作業(yè)等造成一定程度的影響，需要及時進行處理。

1.1 人工風(fēng)鎬和爆破破巖方式

對于工作量較小的破巖作業(yè)，一般可以采取人工風(fēng)鎬破巖的施工方式；對于工作量較大的破巖作業(yè)，一般可以采取爆破破巖的施工方式。但實踐證明，以上兩種破巖方式在實際應(yīng)用中存在一定的局限性。人工風(fēng)鎬破巖作業(yè)人員勞動強度大、施工效率低、工程施工周期長，且對于普氏系數(shù)較高的堅硬巖石風(fēng)鎬無法破巖；爆破破巖時，因井下爆破作業(yè)為特殊作業(yè)，爆破工藝環(huán)節(jié)多、震動大，不能與其他作業(yè)進行平行作業(yè)，且對周邊設(shè)施、支護可能會造成較大破壞，也有可能造成瓦斯爆炸等大的事故，該種破巖方式給煤礦帶來了較大的安全隱患[1-2]。

1.2 無聲破碎劑破巖方式

隨著工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了一種新的破巖產(chǎn)品——無聲破碎劑。該產(chǎn)品在城市土建的混凝土和巖石破碎中應(yīng)用較多，是一種無機鹽，呈粉末狀態(tài)。在施工時采用鉆機打孔，然后將無聲破碎劑粉末加入適量水調(diào)成流動狀漿體，再將漿體灌入鉆孔內(nèi)。無聲破碎劑遇水會產(chǎn)生化學(xué)作用，隨著時間的推移，無聲破碎劑會逐步凝固、變硬，對周邊巖體產(chǎn)生膨脹壓力，從而使需要破碎的巖體開裂、破碎。

司馬煤業(yè)公司自2017年開始應(yīng)用無聲破碎劑，在水倉拉底、開挖基礎(chǔ)坑、擴幫等作業(yè)中使用無聲破碎劑對巖體進行破碎。該種破巖方式能夠較好地規(guī)避人工風(fēng)鎬和爆破破巖存在的不足和風(fēng)險，在較多零星工程破巖作業(yè)中均可以實現(xiàn)替代。但采用無聲破碎劑破巖，需要打設(shè)大量鉆孔，一般孔間距為200～300 mm，深度800 mm，灌漿后需等待3～5 d才能產(chǎn)生開裂效果，因此在開挖巖石前需要提前進行灌漿預(yù)裂，此種破巖方式對于一些臨時性、緊急的零星破巖工程適應(yīng)性較差。

2 新型破巖方式——手持式液壓巖石劈裂機

為了實現(xiàn)煤礦井下零星工程破巖作業(yè)的安全、高效，同時有效避免傳統(tǒng)破巖方式帶來的不利影響，通過積極調(diào)研，借鑒采石工藝，2021年司馬煤業(yè)公司引進了1臺手持式液壓巖石劈裂機。該劈裂機由氣動液壓動力站、分裂槍兩部分組成(如圖1所示)，通過井下壓風(fēng)啟動液壓動力站，將高壓油通過高壓膠管輸送至插至鉆孔內(nèi)的分裂槍，分裂槍對兩側(cè)的楔塊產(chǎn)生壓力作用至孔壁，從而達到巖石劈裂的效果[3-4]。

圖1 手持式氣動液壓巖石劈裂機示意

3 液壓式巖石劈裂機的工程實施

3.1 工程概況

以臨時水倉為例，沿煤層底板施工臨時水倉上部硐室，寬4 m、長5 m、高3.2 m。自煤層底板向下開挖底板巖石作為臨時水倉沉淀池，實現(xiàn)蓄水功能，沉淀池寬4 m、長4 m、深1 m，需破巖體積為16 m3。底板巖性為粉砂巖，普氏系數(shù)5～6，屬于堅硬巖石。在沉淀池破巖區(qū)域(16 m2)，均勻布置鉆孔，鉆孔直徑42 mm、深度1 m，孔間距500 mm，共計25個鉆孔。

3.2 準備工作

1) 開機前檢查壓力油量是否符合油標指示要求(需達到油標 2/3 以上)。

2) 理順油管，避免油管彎曲過大，鎖緊每個快速接頭。

3) 分裂槍頭兩斜面均涂高壓潤滑脂，扣好兩側(cè)楔片，楔片不歪扭、不開縫，確保楔片中無砂石雜物。

4) 將分裂槍槍頭插入孔內(nèi)。

3.3 破巖施工及注意事項

1) 開啟壓風(fēng)閥門，將液壓動力站供液手柄搬到供液位置，液壓動力站開始向分裂槍內(nèi)供液，此時手持式液壓劈裂機楔器向外伸出，手持式液壓劈裂機開始劈裂巖石。

2) 劈開巖石后，將液壓動力站供液手柄搬到回液位置，分裂槍回位實現(xiàn)卸壓。

3) 每次劈裂6孔完畢后，進行下一循環(huán)劈裂剩余鉆孔。

4) 注意事項：劈裂時人員必須站至分裂槍以外安全地點；采用可承受壓力不小于60 MPa的高壓膠管，無破損；液管接口必須連接牢固；劈裂時觀察好壓力表，供液壓力不得超過60 MPa；完成劈石作業(yè)后，應(yīng)卸油壓，關(guān)閉油泵以免油溫過高；當油面低于液位計長度的1/3 時，必須加注液壓油；當壓力油工作了一定時間以后(一般為400 h左右)，液壓油可能已變質(zhì)、變色、粘度降低，應(yīng)及時更換；手持式液壓劈裂機不用時，應(yīng)將各處清洗干凈，保持機件清潔；手持式液壓劈裂機不能受大的外力打擊，油缸變形過大會無法正常使用；使用過程中，時刻注意是否有漏油現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)漏油要及時處理。

3.4 破巖效果

劈裂時，采取分次劈裂的方式，每次使用6把分裂槍同時劈裂6個鉆孔，采用3把槍1排，共2排布置，能夠完成長度2 m、寬度1.5 m、面積3 m2、深度500 mm、體積1.5 m3的巖體劈裂作業(yè)，每次劈裂用時5～10 min。該沉淀池分為兩層劈裂，每一層分為5次劈裂，共劈裂10次，第一層劈裂完成后進行出渣作業(yè)，然后再劈裂第二層。劈裂后巖體呈破碎狀態(tài)，無大石塊，無需二次處理，破巖效果好。

3.5 劈裂機改進

液壓式巖石劈裂機在使用時產(chǎn)生的噪音為壓風(fēng)噪音，聲音非常大，對現(xiàn)場作業(yè)人員存在噪音危害，通過研究，最終選取了一種簡易的消音器加裝至劈裂機上，較好地解決了噪音污染問題(加裝消音器見圖1)。

4 結(jié) 語

在煤礦井下零星工程破巖作業(yè)中應(yīng)用手持式液壓巖石劈裂機，有效地避免了傳統(tǒng)破巖工藝的不足，可以替代人工風(fēng)鎬、爆破、無聲破碎劑，實現(xiàn)高效、安全破巖，另外采用劈裂機破巖的方式，一次投入，反復(fù)使用，安全風(fēng)險小，成本投入低，經(jīng)濟效益明顯，是一項較好的降本增效措施，具備一定的推廣價值。