硬巖掘進機在煤礦大斷面緩坡斜井建設中的應用

崔永豐

（天地科技股份有限公司，北京 100013）

礦建工程是礦井建設的重中之重，特別是井筒掘進往往是瓶頸。為提高建井速度，對有條件采用掘進機的工程要盡量使用掘進機，實現破、裝、運的全機械化，并使安全性得到提高。

1 國內掘進機現狀

我國是掘進機生產大國，目前年產掘進機1 200多臺，主要分為縱軸掘進機和橫軸掘進機，功率從55 kW到418 kW。國產掘進機截割巖石普氏系數范圍f3～f12，國內EBH360橫軸掘進機最大截割硬度已達f12，但當巖石硬度超過f10時，掘進機截齒消耗較大、零部件壽命降低，掘進機的經濟性變差。近年來，掘進機從輕型發展到中、重型，截割對象從煤拓展到了半煤巖、巖石，使用范圍有了質的變化。掘進機技術的發展使得巖石巷道綜掘、井筒綜掘成為可能，為礦井建設加速創造有利條件。

2 工程概況

蒲縣昊興塬煤礦為資源整合礦井，井田面積9.339 2 km2，設計產能1.80 Mt/a。投產時礦井新建一條無軌膠輪車運輸的緩坡副斜井，井筒傾角6.5°，斜長1 050 m，設計為半圓拱形斷面，巷道凈寬5 m，井筒支護為錨桿、錨索、噴射混凝土聯合支護。該井筒穿過的地層情況如表1所示。井筒平面和斷面圖見圖1和圖2。

表1 井筒穿地層順序表

圖1 副斜井井筒平面圖

圖2 副斜井井筒斷面圖

3 掘進機型號參數及其適應性

1）掘進機的型號及參數：選用EBH315型掘進機，經濟截割硬度f≤10，局部f≤12，適用于各種類型底板半煤巖和巖巷掘進，主要技術指標如表2所示。

2）工程適應性分析：①截割面積和牽引速度。EBH315型掘進機截割面積最大可達38 m2，當前井筒掘進斷面19.7 m2，可滿足井筒斷面一次成型掘進需求。該型掘進機牽引速度高，最大達到11m/min，可滿足快速施工需求。②爬坡能力。EBH315型掘進機爬坡能力達到±16°，當前井筒傾角最大6.5°，在其高效工作范圍內，可縮短掘進時間，提高掘進速度。③作業效率。EBH315型掘進機截割能力強，理論經濟截割巖石硬度≤f 10，實際應用證明：巖石硬度≤f 8時可實現經濟截割，超過f 8則截齒消耗大，單米巷道掘進費用偏高。該掘進機采用齒輪齒條式回轉機構，可為截割機構提供穩定的回轉力矩；采用集中自動潤滑系統和智能化的西門子PLC控制器，潤滑可靠性高，勞動強度小；電控系統更加智能化和人性化；掘進機截割頭采用國際一流設計，單刀力量大，截齒布置合理，破巖過構造能力強，提高了掘進工作效率。

表2 EBH315型掘進機主要技術指標

4 應用效果分析

1）施工進度。副斜井工程總長度1 050 m，基巖風化段26 m，其余均為巖石巷道，計劃工期10個月。采用綜掘工藝后，井筒施工日進度高達8 m/d，平均月進度達150 m，實際工期215 d，比計劃工期提前3個月。經分析，綜掘效率高主要得益于以下方面：1）選用綜掘機功率大，破巖能力強，很大程度上節省了落巖時間，為最費時間的支護工藝創造了條件。2）該井筒所穿地層巖性穩定，巖石硬度基本在7.5左右，超過8的很少，很利于綜掘機工作。3）采用綜掘施工影響因素少，避免了使用火工品受運輸條件、政策因素等影響，提高了有效掘進時間。4）礦石運輸采用帶式輸送機，材料運輸采用無軌膠輪車，運輸實現連續化，效率較高。

2）施工質量與安全。與炮掘相比，綜掘破巖基本上避免了超挖和欠挖，巷道成型較好，減少了“敲幫問頂”時間，也減小了“敲幫問頂”工藝的安全風險，具有好的巷道成型，能有效增加控頂距，為破巖和支護工藝并行作業提供有利條件。在施工安全方面，綜掘減少了爆炸材料可能帶來的安全隱患，其高效的內外噴霧系統，降低了巖粉塵，凈化了井下工人工作環境。

3）存在的問題。巖巷掘進機雖在昊興塬井筒工程實踐中取得較好效果，但其應用還僅僅局限于普氏系數小的巖石巷道，局限于地質構簡單、巖石節理不發育的掘進工作面。當巖石硬度大、巖石節理發育、地質條件復雜時，掘進機運行效能較低，截齒消耗高，掘進成本增加。再者，受掘進機特性的影響，巷道斷面難以掘成標準的半圓拱或矩形斷面，巷道美觀和承壓性能稍差。

5 結束語

該項目的實施獲得成功，取得了良好的安全效果及經濟效益，確保了EBH315型掘進機在全硬巖條件下的高效安全使用，減少井筒工期3個月，為礦井建設的其他工序創造了有利條件，也為相似條件下大斷面井筒采用綜掘工藝積累了經驗，解決了長距離緩坡斜井建設中制約煤礦無軌膠輪車應用的瓶頸問題。

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