巖巷機械化掘進設備在煤礦開采中的應用

呂美花

（山西西山礦業管理有限公司， 山西 太原 030024）

引言

義城煤礦是西山煤電集團資源整合的主要生產礦井之一，核定生產能力90萬t。為了響應“多上機械化設備、少上人”的安全管理理念，緩解掘進滯后、生產銜接緊張現狀，對傳統的運輸方式進行技改，從而實現機軌合一，提升礦井采掘運輸效率的目的。在運輸巷開拓施工過程中，通過應用液壓掘進鉆車及側卸式裝巖機等采掘機械化設備，實現了巖巷采掘的機械化作業，即降低了工人的施工強度和企業的生產成本。

1 工程概況

義城礦-350 m水平大巷通過技改安裝強力膠帶運輸機兼作軌道運輸巷道，實現了機軌合一。巷道設計長1 900 m，采用半圓拱形錨噴支護。結合礦井實際地質情況，巷道斷面在支護時采用錨網帶+36U型鋼+噴漿+錨索復合支護技術，巷道斷面形狀采用半圓拱形，規格寬×高為5 800 mm×4 300 mm，墻高1 500 mm，凈效斷面23.65 m2。每排共使用錨桿21根，錨桿采用Φ22 mm×1 800 mm左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距0.7 m×0.7m，角度不小于75°。為進一步提高巖巷掘進效率，義城礦裝備了兩臺CMJ2-17液壓鉆車和ZCY-60側卸式裝巖機，液壓鉆車寬1.2 m，側卸式裝巖機寬1.3 m。配套施工時為保證錯車安全，因此，巷道斷面寬度應大于3.9 m。

2 巷道采掘設備裝備

1）CMJ2-17礦用履帶式液壓掘進鉆車。該鉆車為雙臂單動力，采用全液壓鑿巖系統，安全先進，設有防卡釬裝置，鑿巖速度快、工作效率高。車身結構緊湊、機動靈活、爬坡能力強，可大幅度改善工作環境，提高施工效率和施工質量。設備適用于6～45 m2斷面的工作面、頂板、側幫、底板的鉆鑿作業。主電機額定功率為45 kW，液壓助力轉向為±40°，驅動方式為四輪驅動，最小轉彎半徑為5 700 mm，整車行走速度為10 km/h，鑿孔直徑為32～45 mm，鉆桿長度為3 090～6 135 mm，行車制動采用兩條獨立回路。

2）ZCY-60全液壓側卸式裝巖機。它具有插入力大、機動性好、全斷面作業、安全性好、一機多用等特點。裝巖機生產能力為60m3/h，鏟斗額定容積為0.6m3，鏟斗寬度為1 742 mm，最大卸載高度為1 645 mm，最大卸載角度為50°，最小離地間隙為300 mm，最大臥底深度為550 mm，行走速度為3.2 km/h，爬坡角度為±16°，最大插入力為65 kN，設備總功率為45 kW[1]。

3）CTY5/6.7.9GB防爆特殊型蓄電池電機車。為提高掘進和裝運矸整體效率，煤矸石運輸采用CTY5/6.7.9GB防爆特殊型蓄電池電機車。整機質量為5 t，軌距為600 mm，牽引力為12.26 kN，速度為7 km/h，電壓為90 V，配兩組電源，防爆充電器一個，牽引電機為7.5 kW×2臺，牽引高度為320 mm，軸距為850 mm,輪距為Φ520 mm，制動方式為機械和電啟動。每輛車各配備2臺電動機和機車[2]。

3 鉆爆法機械化施工工藝

鉆爆法機械化施工較傳統人工巖巷施工工藝，具有設備構造和工序簡單、安全方便、維修容易、適應范圍廣、易操作、能耗小、污染少、高效高速的優勢。使用CMJ2-17履帶式液壓掘進鉆車進行鉆眼，選取配套的鉆桿和潛孔柱齒釬頭，斷面布孔數40個，鉆孔孔深3.4 m，鉆孔直徑為Φ45 mm。使用二號礦用乳化炸藥進行連續裝藥，雷管選用1～5段毫秒延期電雷管，采用MFB-100型礦用安全網路閉鎖發爆器進行反向起爆。

4 施工工藝比較

4.1 工藝優勢

義城礦在巖巷掘進時采用液壓掘進鉆車+側卸裝巖機+梭式礦車+電機車的全機械化配套作業，較以人工為主的氣腿式鑿巖機配合耙斗式裝巖機作業線，可有效降低工人施工強度，機械化程度高，實現噴、錨、裝、排矸等多工序平行、連續作業，工效高、生產能力大、速度快。隨著煤礦開采難度的增加，在進行深部大斷面巖巷掘進時，深孔掏槽和爆破技術成為主要技術，尤其是爆破時炮孔深度要求達到3 m以上時，氣腿式鑿巖機已不能達到施工要求。機械化作業與傳統施工作業工序對比如圖1所示。

圖1 掘進施工作業比較圖

4.2 人員配備與工作效率

采用傳統的巷道掘進施工工藝，巷道掘進需裝備兩臺鑿巖機配備工人2人、插釬工4人、P-60B耙矸機司機1人、輔助工人2人，共9人。裝備液壓掘進鉆車和液壓側卸式裝巖機，只需各配備司機1人。配備掘進鉆車和側卸裝巖機后，只需CMJ2-17全液壓掘進鉆車司機與ZCY-60型側卸裝巖機司機各1人。工人施工強度大幅降低，一個班降低工人成本7人次。

將-350 m水平運輸巷道設計成機軌合一，巷道斷面25 m2，寬×高為5 800 mm×4 300 mm，斷面炮眼布置85個，每循環進尺為2 m，出矸石量130車。使用機械化配套作業，節約打眼時間2.5 h，裝矸時間縮短為3 h，單個循環節約13 h[3]。

4.3 施工強度

傳統的人工掘進施工，工人使用鑿巖機進行鉆眼時，需要3～4人協同作業，每鉆完一個眼需兩人將鉆桿從鉆眼中抽出。裝矸時需將裝矸石礦車推入軌道，再將空車拉入耙斗裝巖機倒矸處，工序復雜、強度大，影響掘進效率。通過技改采用CMJ2-17礦用液壓掘進鉆車和全液壓側卸式裝巖機等機械化設備后，僅需兩人就可以完成一個班組的工作量，實現了打眼、裝巖、轉載、運輸等主要環節全機械化配套作業，有效降低了工人的施工強度，提高了掘進工作效率[4]。

5 施工效果

義城礦在-350 m水平大巷掘進時首次使用液壓掘進鉆車和側卸裝巖機時，由于巷道地質條件差、頂板壓力大、派生構造頻出、巷道起伏拐彎多，頂板時有淋水嚴重易堵塞鉆孔，巖漿排出量大時導致巷道底板浸軟比壓降低，側卸裝巖機在作業過程中重復鏟巖、運巖和裝巖；加之崗前培訓短工人操作技能不嫻熟，施工工藝不熟悉，造成施工工序過長和設備故障，影響了礦井的掘進進尺。后經廠家專業技能培訓，工人操作嫻熟，提高了工作效率和掘進進度，較以往多推進80 m，實現了掘進工作的安全高效。

6 結語

巖巷機械化采掘設備的應用降低了工人的施工強度，提高了采掘工作效率。掘進施工中使用液壓掘進鉆車及側卸裝巖機等綜合機械化設備，實現了打眼、裝巖、轉載、運輸等主要環節全機械化配套作業，使工人從繁重的體力勞動中徹底解放出來，也滿足集團提出的“多上設備少上人，減員提效”的發展理念，實現了煤礦生產的高速高效生產。