全斷面硬巖巷道掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用研究

張鳳芹 譚安奎 陳永勇 紀(jì)紅兵 余曦

摘 ?要：針對(duì)打通一煤礦瓦斯抽采巷道斷面小、斷面圍巖硬度大、機(jī)械化程度小的問(wèn)題;通過(guò)對(duì)全斷面硬巖掘進(jìn)設(shè)備選型、設(shè)備特點(diǎn)和排矸工藝等應(yīng)用分析?，F(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)試驗(yàn)應(yīng)用證明，硬巖全斷面掘進(jìn)技術(shù)打破沿用已久的鉆爆施工技術(shù)工藝，實(shí)現(xiàn)巷道一次成形、排矸連續(xù)化以及設(shè)備遠(yuǎn)程控制，減少施工安全威脅、提高煤礦小斷面全巖巷道掘進(jìn)機(jī)械化水平及單進(jìn)水平，巷道每米掘進(jìn)成本降低253元;可以為類似礦井提供借鑒。

關(guān)鍵詞：硬巖巷道;掘進(jìn)技術(shù);設(shè)備選型

中圖分類號(hào)：TD263 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）18-0152-02

Abstract： In view of the problems of small cross section， large hardness of surrounding rock and small degree of mechanization of gas drainage roadway in No. 1 Coal Mine， this paper analyzes the application of full section hard rock driving equipment selection， equipment characteristics and gangue discharge technology. The field production test shows that the hard rock full section excavation technology breaks the drilling and blasting construction technology which has been used for a long time， and realizes the primary forming of roadway， the continuity of gangue discharge and the remote control of equipment. Reducing the threat of construction safety， improving the mechanization level and single entry level of small cross-section whole rock roadway in coal mine， the tunneling cost of roadway is reduced by RMB 253 per meter， which can be used as a reference for similar mines.

Keywords： hard rock roadway; tunneling technology; equipment selection

引言

打通一煤礦屬于煤與瓦斯突出礦井，在進(jìn)入煤層采掘活動(dòng)前;通常采用底抽巷對(duì)瓦斯進(jìn)行抽采，在煤層下部的巖石中施工小斷面瓦斯抽采巷道，采用穿層鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采，抽采達(dá)標(biāo)后才允許進(jìn)行煤層的采掘生產(chǎn)。為了保證采掘生產(chǎn)的正常接續(xù)，瓦斯巷的掘進(jìn)必須超前采煤工作面3年以上，瓦斯治理越充分，采掘生產(chǎn)時(shí)的瓦斯安全隱患越小。目前，煤礦井下全巖巷道掘進(jìn)多采用的是鉆爆掘進(jìn)工藝，掘進(jìn)效率低，用人多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，嚴(yán)重制約了礦井生產(chǎn)部署的問(wèn)題。

針對(duì)以上的問(wèn)題，重慶能投集團(tuán)與遼寧通用公司共同研發(fā)了直徑2.8米的小斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)硬巖全斷面機(jī)械化掘進(jìn)、連續(xù)化排矸及遠(yuǎn)程控制;取得了良好的效果。

1 瓦斯巷掘進(jìn)情況

瓦斯巷掘進(jìn)層位為茅口灰?guī)r，巖性為灰至深灰色，厚層塊狀，致密堅(jiān)硬，巖石硬度系數(shù)f=8～10，具有方解石石脈，節(jié)理、裂隙、巖溶發(fā)育，局部含有瓦斯。

采用傳統(tǒng)鉆爆法施工，每年瓦斯巷掘進(jìn)不少于4000米，矸石裝運(yùn)采用P-60B型耙斗裝巖機(jī)進(jìn)行裝矸，JD-4型運(yùn)輸絞車(chē)配合KC2-6型單側(cè)曲軌側(cè)卸式礦車(chē)進(jìn)行運(yùn)矸，掘進(jìn)勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)運(yùn)輸環(huán)節(jié)復(fù)雜、安全威脅大、人均效率低，每月平均進(jìn)度為120米。

2 全斷面掘進(jìn)機(jī)設(shè)備選型

EQH2800型全斷面掘進(jìn)機(jī)是遼寧通用重型機(jī)械股份有限公司與重慶市能源投資集團(tuán)根據(jù)打通一煤礦井下地質(zhì)條件共同研制的，專門(mén)為煤礦井下巖石巷道的掘進(jìn)而設(shè)計(jì)。該掘進(jìn)機(jī)借鑒了TBM（硬巖盾構(gòu)）在工程隧道中應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，適用于巖石單軸抗壓強(qiáng)度50～150MPa、巖石整體性較好、有一定自穩(wěn)性的圍巖巖巷掘進(jìn)。

（1）EQH2800型全斷面掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)

EQH2800型全斷面掘進(jìn)機(jī)是一個(gè)集機(jī)、電、液、光、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、信息化為一體的大型、高效的復(fù)雜機(jī)械，是集掘進(jìn)、出渣、導(dǎo)向、支護(hù)成洞、通風(fēng)除塵、保護(hù)等多功能一體的高效巷道施工機(jī)械，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（2）EQH2800型全斷面掘進(jìn)機(jī)的技術(shù)特征

該掘進(jìn)機(jī)主要用于煤礦井下的巖石巷道掘進(jìn)，也可用于其他非煤礦巖石巷道掘進(jìn)。通過(guò)第二運(yùn)輸機(jī)可與自卸車(chē)、梭車(chē)、皮帶運(yùn)輸機(jī)等配套，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、運(yùn)輸連續(xù)作業(yè)。截割斷面直徑達(dá)2.8m，截割硬度50～150MPa，最小轉(zhuǎn)彎半徑180m。

3 全斷面掘進(jìn)機(jī)后配套連續(xù)排矸系統(tǒng)

根據(jù)全斷面掘進(jìn)機(jī)施工工藝研究，掘進(jìn)機(jī)施工過(guò)程中需要大量的水對(duì)設(shè)備、刀盤(pán)等進(jìn)行冷卻以及降塵，故掘進(jìn)機(jī)排除的矸石中水量較大無(wú)法直接進(jìn)入礦井的矸倉(cāng)，經(jīng)過(guò)工業(yè)試驗(yàn)并結(jié)合礦井的實(shí)際情況。礦井選擇施工膠帶輸送機(jī)排矸。排矸系統(tǒng)：由定制特殊膠帶輸送機(jī)（膠帶寬度為400mm）、渣漿分離、螺旋輸送、泥漿壓濾等組成的排矸系統(tǒng)。

掘進(jìn)產(chǎn)生的矸石、水混合物經(jīng)全斷面掘進(jìn)機(jī)的第一運(yùn)輸機(jī)落在二運(yùn)膠帶輸送機(jī)上，二運(yùn)膠帶輸送機(jī)機(jī)頭安裝在三運(yùn)皮帶機(jī)尾行走架上（可在一定范圍內(nèi)移動(dòng)，減少延皮帶的次數(shù)），三運(yùn)皮帶機(jī)頭處安裝1臺(tái)螺旋輸送機(jī)，在螺旋輸送機(jī)落料口后方加工一些小孔（孔徑小于30mm），三運(yùn)膠帶輸送機(jī)運(yùn)出的水、矸、泥漿通過(guò)螺旋輸送機(jī)進(jìn)行一次分離，即水、泥漿和直徑小于30mm的矸子進(jìn)入RMT150B型泥漿凈化裝置進(jìn)行渣漿分離，直徑大于30mm的矸石直接經(jīng)過(guò)螺旋輸送機(jī)落料口落到電滾筒轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)裝入側(cè)卸式礦車(chē);泥漿凈化裝置分離出來(lái)的干料經(jīng)電滾筒轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)裝入側(cè)卸式礦車(chē)，分離出來(lái)的水自流進(jìn)入不同泥漿池;在泥漿池中沉淀后，上層的清水進(jìn)入清水池、再經(jīng)過(guò)水溝流入水倉(cāng)，下層的泥漿用渣漿泵打入壓濾機(jī)，把泥漿壓成泥餅裝入礦車(chē)運(yùn)出，壓濾出的水通過(guò)管道自流入水溝進(jìn)入水倉(cāng)。

4 控制系統(tǒng)原理

控制系統(tǒng)主要包括電控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

電控系統(tǒng)包括電控箱、操作室、遙控發(fā)射機(jī)、遙控接收機(jī)、工控機(jī)、各電液比例換向閥、各電液比例溢流閥、各傳感器等組成。整機(jī)、超前鉆機(jī)、錨桿鉆機(jī)均遙控操作。各執(zhí)行元件的動(dòng)作狀態(tài)、工況參數(shù)均可在顯示屏上通過(guò)界面實(shí)時(shí)顯示。各種模擬信號(hào)均通過(guò)開(kāi)關(guān)、信號(hào)燈、顏色、百分比、填充等手段實(shí)時(shí)生動(dòng)地表示出來(lái)，時(shí)實(shí)顯示工藝參數(shù)。

可按特定的周期采集數(shù)據(jù)，并予以保留;保留范圍為100天，并可按運(yùn)行人員選擇的顯示間隔和區(qū)間顯示趨勢(shì)曲線，便于選取最佳工藝參數(shù)。

遠(yuǎn)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，操作距離1000米;通過(guò)光纖通訊加無(wú)線通訊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。

5 工業(yè)試驗(yàn)效果及效益分析

根據(jù)井下實(shí)際生產(chǎn)情況對(duì)全斷面掘進(jìn)機(jī)后配套排矸系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化后，提升了全斷面掘進(jìn)機(jī)的生產(chǎn)效率，對(duì)S301瓦斯巷采用全斷面掘進(jìn)機(jī)一個(gè)月施工420米。

（1）經(jīng)濟(jì)效益

鉆爆法掘進(jìn)瓦斯巷：炸藥按7.3元/公斤，雷管按1.8元/發(fā)，一槽炮所需36公斤炸藥、雷管44發(fā)，進(jìn)尺為1米，所以每米炸藥消耗量為36千克/米，每米雷管消耗44發(fā)/米，每米炸藥耗材費(fèi)262.8元、雷管耗材費(fèi)79.2元，炸藥、雷管合計(jì)耗材費(fèi)為342元。循環(huán)進(jìn)度為1米，每班2個(gè)循環(huán)，每天6個(gè)循環(huán)，月正規(guī)循環(huán)率為80%，工效：6*0.8/27=0.18米/工，人均工資200元/天計(jì)算，人工成本：（1/0.18）×200=1111元/米，掘進(jìn)總成本約1453元/米。

機(jī)掘瓦斯巷：全巖掘進(jìn)機(jī)及配套設(shè)備按2300萬(wàn)元總值進(jìn)行測(cè)算，根據(jù)《煤炭建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》（2009版）相關(guān)規(guī)定，掘進(jìn)工作面折舊費(fèi)用以設(shè)備及安裝工程的固定資產(chǎn)原值為基數(shù)按年限進(jìn)行提取，綜采綜掘設(shè)備折舊年限為8年，一般采掘設(shè)備折舊年限為10年，所以折舊年限按8年計(jì)算，折舊費(fèi)為8000元/天，1個(gè)月掘進(jìn)420米，日掘進(jìn)為14米，約570元/米。按人均工資250元計(jì)算，工效為0.42米/工，人工成本約600元/米。全巖掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)主要耗材在油脂，滾刀上，據(jù)我礦實(shí)際油脂耗費(fèi)在15元/米，滾刀耗費(fèi)在10元/米（我礦遇地質(zhì)構(gòu)造，推進(jìn)結(jié)束實(shí)際更換一把邊刀，若按250米全部更換約150元/米）。我礦實(shí)際全巖掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)成本約1200元/米（按250米全部更換，約1340元/米）。全巖掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)成本比鉆爆成本低253元/米，大大降低了生產(chǎn)成本。

（2）安全效益

全巖掘進(jìn)機(jī)施工，有護(hù)盾保護(hù)，巷道成形好，頂板更穩(wěn)定，改善了作業(yè)人員的洞內(nèi)勞動(dòng)條件，有效了保護(hù)了作業(yè)人員的安全。全巖掘進(jìn)機(jī)施工，避免了爆破施工可能造成的人員傷亡，事故率大大降低。全巖掘進(jìn)機(jī)施工，降低了工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高現(xiàn)場(chǎng)施工安全性。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)打通一煤礦井下S301瓦斯巷掘進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析，對(duì)設(shè)備、工藝進(jìn)行了大量改進(jìn)、完善?，F(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用表明，硬巖全斷面掘進(jìn)技術(shù)比傳統(tǒng)的鉆爆施工技術(shù)施工效率高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、工作面粉塵濃度低、巷道斷面成型好、頂板穩(wěn)定、每月掘進(jìn)進(jìn)度不低于400米、每米掘進(jìn)成本降低253元;實(shí)現(xiàn)小斷面全巖巷道一次成形、連續(xù)排矸以及遠(yuǎn)程操作，減少施工安全威脅、提高小斷面全巖巷道掘進(jìn)機(jī)械化水平及單進(jìn)水平;可以為類似礦井提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]祝玉良.淺談煤礦巷道掘進(jìn)技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（28）：298.

[2]李守巨，曹麗娟.盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中的決策支持系統(tǒng)[J].信息技術(shù)，2011（10）：39-42.

[3]吳銀成.盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)煤礦巷道保護(hù)裝置設(shè)計(jì)[J].煤礦安全，2015，46（4）：118-121.