挖掘式裝巖機在采礦施工工程中的應用

張澤敏

（龍巖永定東中煤礦有限公司 福建龍巖 364012）

0 引言

隨著工業(yè)化的發(fā)展，我國的礦山開采頻率越來越高［1］。我國的礦井地形特殊，通常利用挖掘機開采，傳統(tǒng)的挖掘機開采方式的開采成本較低［2］，施工設備簡單，但是由于效率低下，逐漸無法滿足采礦施工的需求［3］。隨著時代的發(fā)展，技術人員將斜井開采、斜立開采施工相結合，縮短了開采周期，節(jié)省了開采投資成本。早在2005 年，研究人員對礦山的開采狀態(tài)進行了調查［4-5］，發(fā)現(xiàn)全國的新開礦中，約20%采用斜井開采。

經(jīng)濟發(fā)展穩(wěn)定增長后，我國對礦產(chǎn)資源的需求達到了新高［6］，國家迫切需要提高礦物開采的效率，實現(xiàn)規(guī)?；_采，因此，投資大量資金，研發(fā)自動化開采設備。挖掘式裝巖機是礦山開采設備的一種，可以在各種各樣復雜的環(huán)境下進行高效施工［7］，增加了礦產(chǎn)資源的開采效率。因此，本文研究挖掘式裝巖機在各種采礦施工中的應用效果，并將其與傳統(tǒng)的裝巖機進行對比，分析應用效果差異，為后續(xù)我國礦產(chǎn)資源的高效開采提供參考依據(jù)。

1 挖掘式裝巖機的應用場景分析

1.1 挖掘式裝巖機結合轉載機巖巷掘進施工

常規(guī)的巖巷掘進施工受到裝巖機構造的影響，掘進施工效率極低［8］，應用挖掘式裝巖機可以解決傳統(tǒng)裝巖機內部構件不適用的問題。挖掘式裝巖機的部分組成如圖1 所示。

圖1 挖掘式裝巖機部分組成示意圖

由圖1 可知，挖掘式裝巖機具有結構簡單和堅固耐用的優(yōu)點。在轉載機巖巷掘進的過程中，可以根據(jù)掘進使用量確定巷道傾角［9］，避免復雜地質給采礦施工造成的影響。

在復雜環(huán)境中，挖掘式裝巖機主要采用輸送刮板，并通過輔助裝載設備將礦物轉移至輸送機。在礦物運輸初期，首先設置耙斗的運行范圍［10］，根據(jù)常規(guī)的礦物裝巖狀態(tài)選取8 m～12 m作為標準運行距離。令耙斗與裝巖機接口相連，進而通過連接槽完成裝巖工作。受采礦施工地址的影響，挖掘式裝巖機的構建組成相對簡單，沒有冗余部件，避免了不必要的成本消耗。除此之外，在巷道地形復雜、起伏較大時，挖掘式裝巖機可以進行拆分重組運輸，結合鋼絲繩的運行范圍，解決轉載機巖巷掘進施工中可能出現(xiàn)的運行失穩(wěn)因素。

在挖掘式裝巖機使用準備階段，需要檢查裝巖機各部件的連接狀態(tài)，確保其實現(xiàn)穩(wěn)定可靠運行后再開始工作。在地形復雜和搬運困難的情況下，去掉原有裝巖機的簸箕掌和過渡槽等組件，降低裝巖機整體的質量，簡化裝巖機的安裝步驟，從而使裝巖機的工作效率和安全性能同時提高。

傳統(tǒng)的裝巖機在機巖巷掘進施工中可能存在裝巖機主副繩磨損問題。挖掘式裝巖機通過調整施工狀態(tài)，設置穩(wěn)定錨樁降低主副繩磨損速度，降低了巖巷掘進施工的成本，增加了施工效率。

1.2 巷道開口施工

根據(jù)采礦施工規(guī)定，具有爆炸危險的礦井在掘進過程中不能使用鋼絲繩牽引裝巖機，因此，在采礦施工中往往使用挖掘式裝巖機進行排矸工作。在排矸處理時，挖掘式裝巖機設置了不同的排矸高度，降低了排矸難度，排矸示意簡圖如圖2 所示。

圖2 挖掘式裝巖機排矸示意圖

由圖2 可知，此時的挖掘式裝巖機工作效率較高、耗時較短，但是受到挖掘式裝巖機自身體積的影響，在工作前，計算耙裝機轉載的長度，計算公式如式（1）所示。

式中：G 代表裝巖機自身體積；B 代表轉載基礎數(shù)值。完成設置后，為了保證排矸正常運送，降低采礦效率，挖掘式裝巖機通過排矸原理，設置吊掛式轉載設備，縮短了安裝距離。

結合采礦巷道的實際狀態(tài)，展開開口施工。首先安裝QZP-160 轉載機，降低安裝距離，并且根據(jù)巷道的延伸狀態(tài)安裝膠帶機，短距離轉載撤回后，安裝SD-80 皮帶，更換轉載機頭，形成以挖掘式裝巖機為基礎的運輸系統(tǒng)，提高了施工效率。

挖掘式裝載機解決了傳統(tǒng)裝載機的膠帶機安裝限制問題，但同時也存在機尾運載問題。因此改進挖掘式裝巖機，通過單軌吊掛實現(xiàn)運輸，設置單軌吊環(huán)，使其在保持掘進的同時，實現(xiàn)無縫連接及自由滑行，保證挖掘式裝巖機的中心線與工作轉載機中心線重合，有效地在軌道中滑行。并且為了增加滑行的穩(wěn)定性，挖掘式裝巖機通過安裝規(guī)格為φ18 mm×64 mm的圓環(huán)鏈，實現(xiàn)短距離巷道開口施工。

1.3 大斷面煤倉施工

通過挖掘式裝巖機有效提高大斷面煤倉的采礦施工效率，保證了施工的安全性。在施工過程中，首先利用ZFY-100反井鉆機進行炮掘，若利用傳統(tǒng)的裝巖機無法清理矸石量較大區(qū)域，采礦效率受到嚴重的影響。通過挖掘式裝巖機可以改良傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，提高施工效率。通常在指定的施工空間內，挖掘式裝巖機可以利用砌筑進行支護，但這種支護方式過于依賴人工，對提高大斷面煤倉的施工效率十分不利。

大斷面煤倉一般都具有施工面較廣、無斷層的特點，一般使用綜放工作面進行煤流轉載，并儲存。大斷面煤倉上部以細砂巖為主，下部以粉砂巖為主，因在采礦工程施工的過程中，一般使用聯(lián)合施工方式進行澆筑，其混凝土的強度較高。傳統(tǒng)的施工方法主要利用裝巖機進行施工，無法同時進行風動挖掘，需要使用人力清理矸石，然而挖掘式裝巖機可以同時進行挖掘及裝巖，在很大程度上，增加了大斷面煤倉施工的施工效率，還將挖掘式裝巖機與YT-24 風動鑿巖機相結合，按照打眼、挖掘、清理原則進行施工，增加了施工的有效性。同時，在大斷面煤倉立井挖掘時，設計符合礦井狀態(tài)的起吊裝置，安裝起吊輪、支架將起吊裝置固定在巷道板上，增加其可靠性。煤倉上口的工字鋼板常常呈重疊排放，因此每塊鋼板必須穩(wěn)固才能增加施工安全性，使用工字鋼板設計了起吊行走平臺，挖掘式裝巖機可以在該起吊行走平臺中進行工作，降低工作難度，提高工作效率。

1.4 綜掘拐彎施工

傳統(tǒng)的挖掘機在進行掘進的過程中，經(jīng)常受到自身長度的限制，導致綜掘拐彎困難。然而挖掘式裝巖機從根本上提升了挖掘機的挖掘性能，增加了綜掘拐彎施工的靈敏性。在綜掘拐彎過程中，挖掘式裝巖機往往與運輸機和輸送機相連，其綜掘拐彎的靈活性主要由連接裝置決定。在綜掘拐彎施工前，根據(jù)采礦工程的狀態(tài)進行施工優(yōu)化，選取準確的施工位置，預判拐彎，截割切眼，保證錨桿間距并進行固定，待拉拔力達到一定數(shù)值后進行下一步操作。

在挖掘式裝巖機工作過程中，首先利用單機拐彎斜進刀，待頂板完整后，再進行二次截割，掘進機附近還需要再分次截割。為了保證抹角的跨度，需要保證順槽方向的總跨度在設計的范圍內。上述工作完成后，安裝輸送機，如果存在割結受限的問題，在空處進行錨網(wǎng)支護，設置1 200 mm×1 200 mm 為標準排距，實時處理隱患，增加綜掘拐彎施工的效率和安全性。

在利用挖掘式裝巖機進行綜掘拐彎施工的過程中，需要實時控制掘進機，保證其滿足支護條件。如果存在需要同時支護工作，安排專業(yè)人員設置警戒，一般在裝巖機卸載點向外不小于3 m 的地點拉設1 道警戒。如果存在施工掘進受阻的問題，需要立即發(fā)布停止信號，保證挖掘式裝巖機實時進行勻速平穩(wěn)處理。除此之外，挖掘式裝巖機與其他設備協(xié)同作業(yè)時，挖掘式裝巖機根據(jù)卸載點差異控制其他設備的工作障礙，避免存在平行作業(yè)風險，并且施工時，應在前探梁臨時支護或永久支護的掩護下鏟裝，增加施工的有效性。

1.5 采礦施工工程安全及效率應用

挖掘式裝巖機解決了傳統(tǒng)裝巖機可能存在的操縱鈕觸電問題。在結構設計方面，本文的挖掘式裝巖機改進了控制接觸器，使用50 cm×60 cm×40 cm 控制箱進行接觸器移位處理，還增加了工作閘刀，方便進行實時斷電，保證采礦施工工程的安全。如果在采礦施工過程中，挖掘裝巖機出現(xiàn)失靈問題，需要立即檢修，該工作閘刀還可以及時斷電，保證檢修的高效性。

如果在挖掘式裝巖機工作過程中出現(xiàn)接觸器失靈問題，采礦施工人員可以立即拉下工作閘刀，工作電源即可被關閉，保護了采礦施工人員的人身安全。在挖掘式裝巖機內部還設置了30 cm×8 cm×8 cm 的封閉控制塑料盒，設置操作5 cm 的操作間距，保證操作按鈕的靈活性。在采礦施工工程中，挖掘式裝巖機設置了安全動力電纜線，增加了電纜線的總長度，避免操作室懸空出現(xiàn)的采礦施工安全問題。傳統(tǒng)的裝巖機在施工過程中受電源線和控制線的影響可能隨時造成工作電纜損壞，嚴重影響了采礦施工的施工效率，因此挖掘式裝巖機設計了固化加長電源線和控制線，使其可以在比較危險和復雜的區(qū)域進行采礦施工，避免出現(xiàn)礦石浪費、采礦效率低下的問題。除此之外，傳統(tǒng)的裝巖機寬度過大，在采礦施工過程中容易引起兩側施工人員受傷。挖掘式裝巖機降低了兩側的寬度，增加了鋼板的厚度，在保證采礦施工安全的同時保證了采礦施工的效率。傳統(tǒng)的裝巖機外部焊接過程中經(jīng)常存在焊縫，這些焊縫一旦面臨雨雪天氣很容易產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，影響裝巖機的整體壽命。挖掘式裝巖機在無焊縫焊接后還噴涂了防銹漆，從根本上降低了檢修時間，提高了設備壽命，增加了設備的安全性。因此，挖掘式裝巖機在保證采礦安全、提高采礦施工效率方面有重要的應用價值。

2 實例分析

2.1 概況及準備

為了檢測挖掘式裝巖機在采礦施工工程中的實際應用價值，選取了龍巖永定東中煤礦四號礦井進行實例分析。該礦井為正常生產(chǎn)建設礦井，主要開采煤層童子巖組第一段39#、41#和第三段3#、20#、23#、28#、29# 煤層等7 個煤層，礦井保有資源量737.9 萬t，+440 主井，+479 風井，+397 排水井，采礦施工使用的裝巖機參數(shù)如表1 所示。

表1 裝巖機參數(shù)

根據(jù)表1 中的裝巖機參數(shù)，完成后續(xù)的采礦施工，礦井共布置5 個采掘工作面，分別為+150-20#E 采面、+150-20#W 采面；掘進面分別為+150-39# 石門掘進面、+150-41# 石門掘進面、+150 南石門掘進面。礦井在+440 主井絞車房安裝1 臺JK-2×1.8/20 型單滾筒絞車，配套YBBP-400M1-8 礦用一般型電動機，功率250 kW，負責提煤、矸及物料；在+440 副井安裝1臺RJY55-25/1000 型礦用架空乘人裝置，配套YB3-280M-6型電動機，功率55 kW，負責運送人員。礦井采用蓄電池電瓶車牽引1 t U 型礦車進行運輸。

礦井采用機械排水，在+150 m 水平井底車場附近設置中央排水泵房，水倉容積為1 304 m3，安裝了3 臺200DF43×7 型水泵，配套電機功率355 kW，安裝2 趟直徑Ф273 mm 排水管，排水管路長750 m，由+150 m 水平中央排水泵抽排至+397井口沉淀池，經(jīng)地面井口沉淀池沉淀處理達標后排放。礦井在+480 m 標高的山坡上建有1 座300 m3的高位水池，通過主管DN150 mm 和DN100 mm 無縫鋼管、焊接管覆蓋全礦所有避災線路。

2.2 應用結果與討論

根據(jù)上述的概況及準備，選取若干個礦點，分別使用挖掘式裝巖機和傳統(tǒng)的裝巖機進行裝巖掘進工作，記錄兩者完成消耗的時間，應用結果如表2 所示。

由表2 可知，在相同礦點進行裝巖工作時，挖掘式裝巖機消耗的時間較短，證明挖掘式裝巖機的工作效率較高，具有較高的應用價值。

表2 應用結果 單位：min

3 結語

綜上所述，工業(yè)化時代，礦山開采的裝巖掘進效率與礦山開采的總體效率息息相關，在采礦施工技術持續(xù)進步的時代，研究挖掘式裝巖機在采礦施工中的應用十分重要。因此，本文從不同的方面分析了挖掘式裝巖機在采礦施工中的應用，并且分析實例。結果表明：在相同礦點進行裝巖工作時，挖掘式裝巖機消耗的時間較短，工作效率較高，具有一定的應用價值，可以作為后續(xù)礦山開采的參考依據(jù)。