大傾角下山巖巷快速掘進技術在豐陽煤礦的實踐應用

孟亞周,申 華,胡志飛

(永城煤電控股集團有限公司 豐陽煤礦,河南 登封 452470)

煤礦下山巖巷掘進一直是掘進施工的難題之一,尤其是對于傾角大于25°的大斷面下山巷道而言,掘進更加困難。隨著巷道掘進長度不斷增加,迎頭排水困難、提升運輸困難、出矸困難、勞動強度增加等難題愈加突出,嚴重制約巷道單進水平[1-2]。因此,研究大坡度下山巖巷快速掘進技術對加快煤礦延伸采區形成，緩解采掘接替緊張具有重要意義。

本文以永城煤電控股集團登封煤業有限公司豐陽煤礦22采區回風下山為例,針對大坡度下山巖巷開拓過程中，受裝備和沿線增長的影響,導致提升運輸困難、出矸困難、工人勞動強度增加等問題,采用大坡度挖掘裝載機、大傾角液壓變頻膠帶運輸機、遠距離噴漿機等綜合配套設施在22采區回風下山進行實踐應用[3-5]。在降低工人勞動強度的同時,大大提高了22采區回風下山正規循環效率及整體工效,實現了大坡度下山巖巷掘進單進水平的大幅度提高。

1 工程概況

1.1 22采區回風下山設計情況

豐陽煤礦22采區為豐陽煤礦延伸開拓采區,該采區回風下山設計長度698 m,采用偽傾斜布置,設計坡度-25°,掘進層位在太原組上段L6—L9灰巖之間,層位穩定,巖石堅固性系數f=12～18，采用錨網噴支護,斷面形狀為直墻半圓拱,巷道斷面凈寬4 200 mm,凈高3 600 mm，凈斷面積13.2 m2。

1.2 22采區回風下山原施工情況

22采區回風下山初期采用P60B耙裝機裝矸,后巷采用JYB-50×1.40型絞車配合MDS2.2-6底卸式礦車運矸,有2～3名工人在上平臺配合推車運矸。采用混凝土濕式噴漿機進行噴漿,噴漿機安裝位置隨巷道延伸向下轉移,噴漿料采用絞車運輸到噴漿機附近,占用施工人員較多，且隨著巷道不斷延伸,施工人員勞動強度不斷增加。

1.3 22采區回風下山施工存在的問題

1)22采區回風下山由于坡度較大,迎頭容易積水,采用P60B型耙斗式裝巖機進行出矸作業,迎頭矸石耙不干凈,施工底眼困難,巷道無法一次成巷,每施工2循環就要停下來進行拉底，每進30 m就要前移一次耙矸機,每次前移間隔3 d左右。

2)采用JYB-50×1.40型絞車配合MDS2.2-6底卸式礦車出矸,斜巷運輸時間較長,每循環出矸時間在12 h左右,效率低下,嚴重制約循環進度。

3)噴漿機不能實現遠距離噴漿,噴漿機安裝位置隨巷道延伸向下轉移,噴漿料采用絞車運輸到噴漿機附近,工序繁瑣,占用施工人員增多,安全風險較高。

4)22采區回風下山在原有裝備施工情況下,整體施工效率低下,單進水平較低,一般維持在單進35～40 m。

2 綜合快速掘進技術實踐應用

2.1 ZWY-150/55L型挖掘式裝載機實踐應用

1)通過考察確定ZWY-150/55L型挖掘式裝載機能夠適應32°以下的巷道裝運矸石,故選取ZWY-150/55L型挖掘式裝載機替換原有的P60B耙斗式裝載機用于工作面裝矸。ZWY-150/55L型挖掘式裝載機主要技術參數如表1所示。

表1 ZWY-150/55L型挖掘式裝載機主要技術參數Table 1 Major parameters of ZWY-150/55L mining loader

2)由于22采區回風下山坡度為-25°,ZWY-150/55L型挖掘式裝載機在使用過程中存在倒退困難問題。礦井在22采區回風下山后巷躲避硐室內安裝SDJ-14型絞車輔助倒退,輔助絞車距迎頭挖掘式裝載機40 m。隨著巷道向前掘進,超過120 m必須進行前移。

3)挖裝機后面跟二運橋式轉載皮帶,轉載矸石至膠帶輸送機。二運橋式轉載皮帶配800 mm寬的人字帶面,有效的保證矸石轉運,避免了矸石下滑，拉不走的現象。

2.2 DTL100/40/2×90液壓變頻膠帶運輸機應用

1)根據22采區回風下山設計參數,選取DTL100/40/2×90液壓變頻膠帶運輸機運輸矸石。為確保22采區回風下山DTL100/40/2×90液壓變頻膠帶運輸機安全運行,設計安裝兩部膠帶輸送機,第二部安裝在22采區回風下山350 m的位置。

2)為防止運輸過程中大塊矸石受重力作用自動滾出帶面,兩部膠帶輸送機配備1 000 mm寬的人字帶面,能夠有效防止矸石下滑。

3)膠帶輸送機每隔30 m安裝一道防矸石下滑擋板,且在兩部皮帶機輸送全程安裝防護網,進一步防止矸石滾出皮帶傷人。22采區回風下山迎頭設備升級布置圖如圖1所示。

圖1 22采區回風下山設備升級布置圖Fig.1 Layout of equipment upgrade in dipping return airway of No.22 mining area

2.3 遠距離噴漿機實踐應用

22采區回風下山原來采用混凝土濕式噴漿機,不能實現遠距離噴漿,噴漿機安裝位置隨巷道延伸向下延伸,噴漿料采用絞車運輸到噴漿機附近,占用施工人員較多,且時間較長,不能實現平行作業。為解決下山掘進噴漿問題,礦井在22采區回風下山上平臺配備一臺PYC6Z型液壓轉子式混凝土噴射機,在巷道幫部鋪設直徑70 mm的噴漿管路，直接接到巷道迎頭附近,實現直接從上平臺上料，遠距離噴漿的工藝,操作簡單。該工藝比之前省去斜巷運輸工序,節省上平臺開絞車打信號及推車工3人,降低施工人員勞動強度,噴漿效率提高,迎頭支護與后巷噴漿可以平行作業。

3 綜合快速掘進技術使用效果

3.1 裝載運輸系統升級后安全效果

1)ZWY-150/55L型挖掘式裝載機投入使用后,能夠一次性將迎頭矸石出凈,可以使巷道底眼一次施工到位,確保巷道一次成巷,避免因底眼施工不到位，需要再進行拉底的工序。

2)DTL100/40/2×90液壓變頻膠帶運輸機的投入使用可以確保機尾隨著巷道延伸而延伸,相比原來采用“耙裝機+礦車+絞車”方式出矸,減少了每進30 m就要前移一次耙矸機的工序,節省3 d左右的時間。

3)裝載運輸系統升級后,通過磨合運轉,22采區回風下山出矸效率明顯提高,每循環出矸時間由原來的12 h縮短至目前的3 h。隨著出矸效率提高,正規循環率提高,打眼、出矸、爆破、支護、出矸、噴漿等工藝銜接更加有序緊湊,完成一個正規循環由原來的3～4個小班縮短為2個小班,而且降低了斜巷運輸風險,運行更加安全高效。22采區回風下山裝載運輸系統升級后正規循環作業圖如圖2所示。

圖2 22采區回風下山裝載運輸系統升級后正規循環作業圖Fig.2 Regular cycle operation of dipping return airway in No.22 mining area after upgrading of transportation system

3.2 遠距離噴漿機使用安全效果

遠距離噴漿機的使用,實現了直接從上平臺上料遠距離噴漿的工藝,比之前操作簡單,節省人員,降低人員勞動強度,噴漿效率高,且省去了斜巷運輸工序,降低了斜巷運輸風險。

3.3 綜合效果

22采區回風下山掘進裝備升級之后,已安全運行近4個月,掘進單進水平得到大幅度提高,達到70 m/月。

4 結論

大傾角下山巖巷快速掘進技術在豐陽煤礦22采區回風下山的成功應用表明:針對大傾角下山巖巷施工中存在的問題,采取裝備升級、重組工序、優化工藝等綜合配套措施,在降低工人勞動強度的同時,能夠安全高效大幅度提高大傾角巖巷下山掘進單進水平。豐陽煤礦大傾角下山巖巷快速掘進技術的成功應用對類似條件下的工作面具有一定的借鑒意義。