特種工程機械在礦井巷道維護工作中的應用

王江龍

(陜西黃陵二號煤礦有限公司，陜西 延安 727307)

0 引言

隨著科學技術水平的不斷提高，礦井采煤工藝也發(fā)展迅猛，機械化采煤工藝已經(jīng)得到了普及。現(xiàn)代化采煤工藝的發(fā)展方向是通過采煤技術與現(xiàn)代高新技術相結合，研究開發(fā)高產(chǎn)、高效、高安全性和高可靠性的采煤工藝[1-4]。而掘進巷道高度不夠以及伴隨著綜采工作面推采出現(xiàn)的巷道底鼓等問題的處理方式一直比較落后，多數(shù)采用人工處理的方式，工作效率低，人員勞動強度大，難以滿足綜采工作面高產(chǎn)高效的采煤需求，制約礦井采煤技術的發(fā)展[5-8]。為此，以某礦209綜采工作面為例，引進一套能夠快速解決掘進巷道高度不夠和回采巷道底鼓等問題的機械化設備，以期實現(xiàn)“機械化換人”的安全生產(chǎn)理念，促進礦井安全生產(chǎn)水平的全面提升。

1 工作面基本情況

1.1 工作面設計

209工作面設計走向長度4 382 m，傾向長度300.5 m，工作面采用“一面三巷”的布置形式，三巷分別為膠帶巷、回風巷和輔運巷，膠帶巷主要作為膠帶輸送機安裝通道，回風巷主要作為工作面回風通道，輔運巷主要作為無軌膠輪車運輸通道。

1.2 工作面地質條件

煤層平均厚度3.2 m，煤質為低-中等軟化度的富油煤，易片幫。工作面直接頂為厚度13.8～25 m的粉砂巖，直接底為灰黑色細粒砂巖、粉砂巖，巖石成分以石英、長石為主，薄層狀，含植物化石碎片和云母片，水平層理或不顯層理，厚度約1～7.3 m，巖石普氏硬度f為4～6。工作面埋深395～699 m，且工作面西南緊鄰207采空區(qū)。因此工作面及回采巷道易出現(xiàn)底鼓、開裂現(xiàn)象，對工作面回采有較大的影響。

2 回采巷道需解決的問題

2.1 回采巷道掘進高度不夠

回采巷道掘進期間，輔運巷設計高度為3.8 m，膠帶巷設計高度為3.6 m，而煤層厚度為2.9～3.9 m。如果要保證設計尺寸，大部分區(qū)域需要破碎巖石，但是由于頂?shù)装寰鶠榉凵皫r，硬度較高。為了保證掘進效率、煤質以及掘進設備的安全使用，在巷道掘進期間大多采用沿煤層掘進的方式進行巷道掘進，導致巷道部分區(qū)域高度不能滿足設計需求，需要進行起底保證巷道設計高度[9-11]。

2.2 回采巷道推采期間底鼓嚴重

由于工作面煤層埋深395～699 m，屬于深埋煤層，巷道直接底為粉砂巖，具有吸水膨脹的特點，回采期間受采動壓力影響，煤柱中產(chǎn)生的高應力將傳遞至巷道底板，容易造成底板的破壞，同時由于回采期間裂隙水、鉆孔水以及設備用水等水源對巷道底板的浸泡，導致回采巷道在工作面回采期間出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象，巷道底板起伏不平，膠帶巷地鼓量相對較小，不影響設備的正常運轉和工作面的正常推采，而工作面采空區(qū)對應段輔運巷受采空區(qū)壓力影響底鼓較為嚴重，回風巷受上一個工作面采空區(qū)壓力影響底鼓也較為嚴重，影響巷道的正常使用，需要起底進行處理。

2.3 人工起底平整度差、工作效率低

巷道直接底均為堅硬巖石，以往起底采用放震動炮對底板巖石進行破碎，人工配合進行清渣和平整，通過該方式進行起底工作難以控制巷道的起底厚度，導致巷道底板起伏不平，平整度很差，加上運輸巖石期間無軌膠輪車對巷道底板碾壓產(chǎn)生的車轍，造成巷道底板起伏不平的問題更加嚴重，直接影響綜采工作面設備的安裝質量和無軌膠輪車的安全運輸；且人工配合進行清渣和平整巷道工作效率低、人員勞動強度大，難以滿足正常生產(chǎn)需要，制約生產(chǎn)任務的順利完成。

3 特種工程機械使用情況

3.1 特種工程機械介紹

為解決回采巷道存在的底鼓、路面平整度差等問題，經(jīng)現(xiàn)場考察，引入了液壓挖掘機、防爆裝載機及防爆壓路機3種特種工程機械[12-15]。

3.1.1 液壓挖掘機

主要結構和用途：液壓挖掘機使用MWY6/0.3型煤礦用液壓挖掘機，主要由工作裝置總成、推土鏟、回轉平臺、液壓系統(tǒng)、底盤總成、機罩、頂棚、電氣系統(tǒng)等組成，外接660 V/1 140 V交流電源，采用電動系統(tǒng)提供動力，通過液壓先導系統(tǒng)和主供液系統(tǒng)可以控制挖掘機的全部動作。液壓挖掘機工作裝置前端安裝鏟斗時可以進行裝巖、清底以及煤層的挖掘作業(yè)；隨機配備T50型破碎錘一臺，需要破碎巖石時，可以將鏟斗更換為破碎錘，接通破碎錘進回油管路，就可以進行破碎作業(yè)。

性能特點：①操作者處于頂棚保護下作業(yè)，有利于安全生產(chǎn)；②采用電動液壓系統(tǒng)，具有噪聲低、無尾氣污染的特點，同時電氣系統(tǒng)用防爆元件，更適用于煤礦井下使用；③該機結構緊湊、外形尺寸小，工作裝置可回收到底盤輪廓內，便于運輸，適用于井下狹小空間作業(yè)；④主要動作采用先導閥控制，操作輕松簡便，工作平穩(wěn)無沖擊。

主要技術參數(shù)：MWY6/0.3型煤礦用液壓挖掘機主要技術參數(shù)見表1。

表1 MWY6/0.3型煤礦用液壓挖掘機主要技術參數(shù)

3.1.2 防爆裝載機

主要結構和用途：防爆裝載機使用型號是ZL30EFB型輪胎式防爆裝載機，主要由動力系統(tǒng)、車架及傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成，采用氣動啟動的方式，配備FC6108DFB(A)型防爆柴油機提供動力，通過液力變矩器、變速箱、前后橋主傳動將動力傳遞到輪胎實現(xiàn)車輛的移動，由液壓齒輪泵、液壓油箱及操縱手柄組成液壓控制系統(tǒng)實現(xiàn)舉升臂、鏟斗等工作裝置的動作，主要用于巷道坡度不大于14°的煤礦井下的裝載、清煤、清渣和排矸、機械設備輔助運輸?shù)茸鳂I(yè)。

性能特點：①該機結構緊湊、操作方便、轉彎半徑小，便于井下狹小空間使用;②采用液力機械傳動和動力換檔、具有較大的牽引力和掘起力，爬坡能力強；③采用免維護封閉多盤濕式制動器，制動性能好；④安裝有廢氣處理系統(tǒng)，可以清除柴油機廢氣中的炭煙和廢氣中的部分有害氣體，污染較小。

主要技術參數(shù)：ZL30EFB型輪胎式防爆裝載機主要技術參數(shù)，見表2。

表2 ZL30EFB型輪胎式防爆裝載機主要技術參數(shù)

3.1.3 防爆壓路機

主要結構和用途：防爆壓路機使用的是經(jīng)過防爆系統(tǒng)改造的LSS208型振動壓路機，主要由動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、液壓振動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成，采用電動啟動的方式，由柴油機提供動力，通過傳動系統(tǒng)將動力傳遞到輪胎實現(xiàn)壓路機的移動，壓路機的轉向和振動輪的振動由液壓系統(tǒng)控制，在作業(yè)中靠自身重量和激振力壓實路面，主要用于路面的壓實和維護工作。

性能特點：①前鋼輪采用電控液壓雙振幅振動，選裝凸塊振動輪，壓實效果較好；②采用后橋式輪胎驅動，抓地爬坡能力強；③主離合器采用液力變矩器，能有效保護柴油機、變速箱及驅動橋等傳動部件；④行走剎車采用氣推油盤鉗式腳剎車，駐車制動采用盤鉗式手制動，安全可靠；⑤前后機身采用鉸接方式連接，雙推力液壓助力轉向，操作靈活省力。

主要技術參數(shù)：LSS208型振動壓路機主要技術參數(shù)見表3。

表3 LSS208型振動壓路機主要技術參數(shù)

3.2 特種工程機械的現(xiàn)場使用

3.2.1 巷道起底

起底方式：209輔運巷、209膠帶巷以及209切眼在掘進期間都是沿煤層掘進，掘進完后大部分巷道達不到設計高度，影響巷道的正常使用，因此采用兩臺液壓挖掘機配合的方式進行起底。209工作面回采期間，受采動壓力及積水等因素的影響，輔運巷、膠帶巷及回風巷均有不同程度的底鼓現(xiàn)象，膠帶巷相對底鼓量較小，不需要機械化起底，而回風巷和采空區(qū)對應段輔運巷底鼓較為嚴重，如圖1所示。底鼓嚴重區(qū)域需要機械設備配合起底，因此在工作面回采期間對這兩段底鼓嚴重的巷道也采用兩臺液壓挖掘機配合的方式進行起底。

圖1 209工作面回采巷道底鼓嚴重區(qū)域示意

起底過程：起底采用兩臺液壓挖掘機配合作業(yè)，破底、出渣同步進行的施工方式，如圖2所示。一臺液壓挖掘機安裝破碎錘，在需起底區(qū)域根據(jù)巷道需要起底高度對巷道底板巖石破碎，要求破碎后巖石直徑不超過300 mm，以便于裝車。另外一臺液壓挖掘機安裝鏟斗，在已破底區(qū)域清理巷道已破碎的巖石并配合裝車，巖石使用防爆無軌膠輪車進行運輸，巖石清理完后再使用挖掘機配合對巷道底板進行平整，保證起底后巷道平整度、高度達到設計要求。

圖2 特種工程機械配合起底示意

起底后處理：液壓挖掘機起底后，及時使用防爆壓路機對已起底區(qū)域路面進行壓實，提高了路面的平整度和強度，同時也減少了無軌膠輪車運輸期間產(chǎn)生的車轍，保證了巷道的正常使用。

3.2.2 巷道鋪墊

鋪墊方式：使用液壓挖掘機起底后，巷道底板的平整度已得到了大幅度的提高。但是輔運巷在工作面安裝期間作為支架搬運車、多功能鏟板車等大型特種車輛的主要運輸通道，對路面的平整度和強度要求較高。液壓挖掘機起底后的路面不能滿足特種車輛安全運輸需求，而切眼主要作為工作面液壓支架、刮板運輸機的安裝區(qū)域，同時也作為切眼設備安裝期間特種車輛的運輸通道，巷道底板的強度、平整度對特種車輛的安全運輸和設備安裝質量有很大的影響。為了保證工作面安裝期間特種車輛的安全運輸和工作面設備的安裝質量，輔運巷和切眼起底后采用鋪墊三合土(石子、黃土、白灰按照一定比例混合而成)或鋪墊干拌料(石子、沙子、水泥按照一定比例混合而成)的方式再次提高巷道底板的強度和平整度。

鋪墊過程：如圖3所示，輔運巷起底后在巷道底板鋪墊一層厚度約300 mm的三合土，三合土由人工配合防爆裝載機鋪墊平整，然后使用防爆壓路機壓實，有效提高了路面的強度和平整度，保證了特種車輛的安全運輸。切眼的鋪墊因為考慮到設備安裝和初采初放設備調試期間會產(chǎn)生積水，所以選擇干拌料進行鋪墊，即在起過底的巷道底板鋪墊一層厚度約300 mm的干拌料，并使用防爆壓路機壓實，提高切眼巷道底板的強度和平整度，并可以通過干拌料自身的吸水性解決設備產(chǎn)生的少量積水，可為特種車輛的運輸和切眼設備的安裝提供良好的條件。

圖3 特種工程機械配合鋪路示意

4 使用效果

4.1 人力投入

采用放震動炮的方式起底需人工配合打眼、裝藥、爆破以及清理矸石，每個施工地點至少需要12人配合作業(yè)，而且人工配合打眼、清理矸石等工作勞動強度很大。而采用特種工程機械起底的方式僅需投入3人操作特種機械，2人配合現(xiàn)場零雜工程施工，共需投入5人就可以完成巷道起底工作，破底、裝矸工作全部由機械設備完成，人員勞動強度也明顯降低。

4.2 工作效率及工程質量

通過特種工程機械的引入，巷道起底由以前單班5 m提高到了25 m以上，鋪路由以前人均20 m提高到了80 m以上，工作效率明顯提升。而且使用液壓挖掘機起底可以有效地控制對巖石的破碎厚度，相對放震動炮起底后的巷道坡度更加平緩，鼓包明顯減少，再通過三合土、干拌料的鋪墊以及防爆壓路機的壓實，路面平整度有了大幅提高，保證了設備的安裝質量和車輛的安全運輸。

4.3 施工工序及施工安全

采用放震動炮的方式起底包括打眼、爆破、清理矸石等多道工序，現(xiàn)場施工工藝較為繁雜，每道工序都存在很多不安全因素，不利于現(xiàn)場的安全管理。而且爆破屬于煤礦安全生產(chǎn)中的一項高危工作，對現(xiàn)場的安全管理和技術管理都有著嚴格的要求，稍有不慎就可能造成嚴重的安全事故。采用特種工程機械起底只包括破底和裝渣兩道工序，工序簡單，便于現(xiàn)場安全管理，而且省去了爆破作業(yè)環(huán)節(jié)，有效提高了現(xiàn)場施工的安全可靠性，保證了現(xiàn)場施工安全。

5 結語

通過礦用特種工程機械的引入和應用，形成了一套比較規(guī)范的機械化起底、鋪路模式，有效解決了綜采工作面回采巷道掘進高度不夠、回采期間出現(xiàn)底鼓以及巷道底板不平整影響設備安裝質量和車輛運輸安全等問題。同時，大幅提升了現(xiàn)場施工的工作效率和工程質量，降低了工人的勞動強度，對保證礦井的安全高效生產(chǎn)創(chuàng)造了有利的條件。