華陽集團EQS3000型全斷面盾構機試用

姜濤

（華陽新材料科技集團有限公司，山西 陽泉 045000）

1 概 況

華陽集團一礦為解決施工中存在的機械化程度低、勞動強度高、掘進效率低、工作環(huán)境差等問題，決定建設高標準智能化工作面，幫助礦井高質量可持續(xù)發(fā)展。2021年10月底在81405工作面走向高抽巷（以下簡稱81405高抽巷）試用江蘇神盾EQS3000型全斷面盾構機。盾構機是先進的掘進裝備，集破、裝、支于一體，使用先進的電子、信息遙測、遙控智能化系統(tǒng)，在掘進施工方面具有眾多優(yōu)點。經過試用研究，有效提高了掘進效率，改善了作業(yè)環(huán)境，并設計了井下填充工藝，創(chuàng)造了巨大的經濟效益，為綠色礦山建設提供了可借鑒的經驗和思路。

2 礦井及巷道基本情況

2.1 礦井概況

華陽集團一礦始建于1956年7月21日，1979年9月投產，位于陽泉市西北部和盂縣東南部，東鄰原集團公司四礦，南鄰集團公司三礦、新景礦，西鄰集團公司七元礦，北鄰蔭營煤礦及程莊煤礦。井田東西走向長約14.5 km，南北寬約9.8 km，井田面積83.6 km2，現(xiàn)地質儲量5.6億t，可采儲量3.25億t，礦井生產能力850萬t/a，主采15號煤層，剩余服務年限27 a。

2.2 井上下位置

華陽集團一礦81405高抽巷地面相對位置位于大紅簡溝以東，高家溝以南，巨溝以西，石建坪梁以北的山梁溝谷地帶。井下位于十四采區(qū)西北部，東部為本采區(qū)采區(qū)大巷，西部為十六采區(qū)（未掘進），北部為81403回采工作面（已回采），南部為81407回采工作面（未掘進）。

2.3 巷道概況

81405高抽巷設計長度為1 690 m，其中包含盾構機始發(fā)硐室200 m、盾構機施工長度1 490 m。設計沿11號煤頂板K4石灰?guī)r上方的細砂巖掘進的全巖巷道，和15號煤層間距平均約為55 m。巷道坡度最小1°，最大6°，平均4°。巷道形狀圓形，凈直徑3 m，凈斷面7.065 m2。地面標高1 096.6—1 255.0 m，井下標高743.9—822.9 m。

2.4 巷道支護

頂板采用“單體錨桿+鋼筋網”聯(lián)合支護。每排布置4根錨桿，錨桿使用φ20 mm×1 800 mm的左旋螺紋鋼錨桿，間、排距1 000 mm，第2、3眼距巷道中線500 mm，托板采用150 mm×150 mm×10 mm拱形托板，配合高強螺母、高強托板調心球墊和尼龍墊圈。1 500 mm×1 000 mm的鋼筋網（φ6.5 mm×100 mm×100 mm、搭接側帶勾）。

3 盾構機基本情況

EQS3000型全斷面盾構機主要用于煤礦巖石巷道掘進。由刀盤、驅動、前護盾、伸縮護盾、撐緊盾、撐緊系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、超前鉆機、錨桿鉆機、除塵風機、后配套拖車等構成。在地質條件較好、單軸抗強度30～180 MPa、圍巖穩(wěn)定、斷裂帶少、巷道轉彎半徑大于300 m的條件下使用。集掘進、出渣、支護、除塵、通風、導向技術于一體，使用電子信息遙測遙控，對全部作業(yè)過程實施制導及監(jiān)控，自動化、信息化、智能化程度高。

盾構機主要機構如圖1所示。

圖1 盾構機設備模型Fig.1 Model of shield machine equipment

4 盾構機作業(yè)線情況

4.1 作業(yè)線配套

工作面設備布置如圖2所示。

圖2 工作面設備布置Fig.2 Equipment layout of working face

工作面掌頭安裝EQS3000全斷面盾構機，實現(xiàn)截割和裝載，矸石經刀盤中心的溜渣槽，落到一運皮帶機、二運皮帶機，后經高抽巷DJS80/20/2×160型高強度皮帶機運輸，再經采區(qū)2部皮帶機轉載至充填巷立眼。立眼安裝P-90B型耙?guī)r機，將矸石轉載至DJS80/2×55型可伸縮皮帶機，至HDJA00型充填拋矸上料機和TCJ-D80/30/67型拋矸機，實現(xiàn)井下就地充填。為減少立眼下設備事故，根據巷道實際情況，在充填巷外同步布置ZWY-80型扒渣機配套皮帶機進行運輸。

4.2 施工工藝

巷道掘進使用EQS3000全斷面盾構機，即利用帶有滾刀的刀盤擠壓將巖石剝落成小塊矸石，通過刀盤鏟刀將矸石碎塊帶到刀盤正面4個出渣鏟斗上，經刀盤中心的溜渣槽，落到一運皮帶機、二運皮帶機后，經順槽和采區(qū)皮帶機出矸，在充填巷進行就地充填。

5 盾構機試用情況

5.1 進尺完成情況

EQS3000全斷面盾構機從2021年11月1日正式投用以來，當月完成進尺608 m。平均日進20.26 m，最高日進51 m（11月28日）；平均班進10.13 m，最高班進28.2 m。11月日進尺完成情況如圖3所示。

圖3 日進尺完成情況Fig.3 Progression completion

5.2 工序用時情況

盾構機為自動化連續(xù)化掘進裝備，接班準備完后，開始開機掘進，盾構機掘進作業(yè)處于不停機狀態(tài)，即前部刀盤一直運行截割，盾體后部平臺進行支護施工，實現(xiàn)連續(xù)化平行作業(yè)。

5.3 排矸充填情況

設計了井下填充工藝，打造了巖巷掘進和矸石井下充填新模式。前期在采區(qū)口施工一條大斷面充填巷，巷道實際施工長度750 m，沿15號煤層頂板掘進，凈寬6.0 m，凈高5.0 m，凈斷面30 m2，設計充填體積20 000 m3，經測算基本滿足81405高抽巷掘進矸石量。矸石充填實現(xiàn)了矸石井下就地充填，減少了至地面的多道運輸環(huán)節(jié)，創(chuàng)造了可觀的經濟效益。

6 試用效果分析

6.1 盾構機作業(yè)線優(yōu)勢

（1）掘進效率高。盾構機通過一個月的應用，完成進尺608 m，最高日進51 m，創(chuàng)造了該礦巖巷月進、日進記錄，掘進水平是原來的3～4倍。

（2）機械化、成套化、智能化程度高。盾構機是先進的掘進裝備，實現(xiàn)截割、裝運、支護工藝的全部機械化、連續(xù)化作業(yè)，且有自動作業(yè)、調整、監(jiān)控的信息化和智能化模式，實現(xiàn)了高標準智能化掘進工作面。

（3）作業(yè)環(huán)境好。全機械化、自動化的作業(yè)模式，勞動強度顯著降低，刀盤噴霧裝置從源頭實現(xiàn)噴霧降塵，配套除塵風機進一步控制懸浮粉塵，改善了工作面的作業(yè)環(huán)境。

（4）安全性高。通過刀盤截割、護盾臨時支護，加之巷道狀況好，人員在永久支護下作業(yè)，具有較高的安全性。

（5）支護成本低。巷道斷面為圓形，且成型質量好，圍巖破壞少，巷道整體狀況良好?，F(xiàn)場錨桿布置數量少，支護成本大大降低。

6.2 盾構機作業(yè)線存在的問題

（1）轉向性能差。盾構機坡度原則控制在5°以內，對巖層坡度變化適應性差。如遇到層位條件較大變化，若不能及時調整到位坡度，將會給正常掘進帶來較大影響。

（2）巷道圍巖要求高。盾構機盾體長度近10 m，在截割作業(yè)后，靠護盾進行臨時支護。如遇到泥巖等圍巖松軟破碎巖性，會出現(xiàn)頂幫破碎掉矸，造成設備運行和支護困難。在施工時，要動態(tài)調整巷道坡度，控制在穩(wěn)定巖性層位內，實現(xiàn)高效掘進。

（3）準備工程多。盾構機作業(yè)線前期需要構系統(tǒng)工程量大，施工安裝硐室，安裝周期長；后期需施工拆除硐室，拆除影響大。

7 結 語

華陽集團一礦通過首臺小斷面巖巷盾構機試用，對盾構機工藝有了深入認識，積累了成套化掘進裝備的經驗。通過盾構機的使用，提高了工作面機械化、智能化程度，生產效率顯著提高，實現(xiàn)了連續(xù)化平行作業(yè)，改善了作業(yè)環(huán)境；設計的矸石井下充填工藝的成功應用，為集團公司提供了井下矸石解決方案，創(chuàng)造了巨大的經濟效益，為綠色礦山建設提供了可借鑒的經驗和思路。