金屬礦山軟圍巖綜合掘進機作業工法分析

王大干

（紫金礦業建設有限公司，福建 廈門 361000）

近年來懸臂式掘進機在我國煤礦行業得到了長足發展，金屬礦山由于巖石硬度較高，巷道施工距離短，經濟技術等因素普遍采用爆破工藝，此次新疆烏恰烏拉根鋅礦井下基建工程引進懸臂式掘進機進行非爆破施工工藝試驗，主要因為以下幾點因素。

（1）自然因素：該工程尚屬于基建期，主斜井距離長拐彎少，適用于機械化施工，巷道圍巖硬度低，采用爆破工藝危險系數高，這是掘進機能在此適用成功的先決條件。

（2）區位因素：該礦山位于新疆地域特殊，危化品管控較嚴，管理成本及材料成本高，這是考慮采用非爆破工藝的重要條件。

（3）經濟因素：懸臂式掘進機已經在煤礦適用多年，工藝較成熟，設備國產化高，設備成本低，從經濟角度為選用此類設備提供了可行性。

綜合以上因素，采用懸臂式掘進機實現快速掘進，減少了礦山基建周期，增加了施工過程中的安全性，實現了降本增效。

1 掘進機設備參數

烏拉根鋅礦井下基建工程膠帶斜井選用EBZ260H型懸臂式掘進，掘進機截割后方配套帶式輸送機進行出渣，掘進機參數見下表。

表1 懸臂式掘進機EBZ260H設備參數

2 掘進機在膠帶斜井使用情況

2.1 礦山巖性情況

礦區巖體由中生界白堊系、新生界古近系、新近系巖層構成，礦體圍巖巖性比較簡單，頂板巖石為石膏、同生角礫巖，底板巖石為長石砂巖、砂巖，屬于軟～較軟巖石，硬度系數6～9，巖石較破碎，結構面的結合程度為結合好的，穩定性中等。

2.2 斜井施工工藝

圖1 掘進機掘進施工

圖2 在臨時護頂裝置下施工錨桿

圖3 掘進后作業面

圖4 通過皮帶將廢渣進行轉運

圖5 掘進后巷道頂板較規整

圖6 巷道噴砼后較平整

膠帶斜井掘進斷面規格4.8*4.3m，三分之一三心拱形，巷道總長度1370m，掘進采用掘進機施工，掘進后作業人員站在掘進機臨時支護裝置下施工錨網，出渣采用DSJ80/4/2×55伸縮式帶式輸送機。

2.3 掘進機作業工效分析

為保證人員安全，每個截割三米即進行錨網支護，截割支護全部完成為一個完整作業循環，一個掘進班需完成兩個循環。通過連續統計一個月，對掘進機作業工效分析如下。

表2 掘進機作業的工效情況

（1）掘進機截割時間占比平均值達到了70.98%，支護時優先支護頂板，頂板支護完成后即進行掘進施工，在掘進時平行作業施工邊幫錨桿，減少了邊幫支護占用的時間。

（2）當月進尺共計186.78m，因為其他原因造成實際作業時間只有25天，總班次為50個，掘進班次為48個，排班率達到了98%，平均每班進尺3.89m。

（3）出渣采用的為可伸縮式皮帶，在巷道進行支護即交接班間歇時間時后勤人員需進行皮帶延伸、材料準備等輔助工作。

（4）該段施工時間巷道頂板穩固性較好，巷道未進行噴砼支護，噴砼支護時間未計入。

3 施工中遇到的問題及解決方法

3.1 施工中遇到硬巖的問題及解決辦法

在巷道掘進過程中局部區域遇到致密性砂巖，單板截割進尺僅0.3m，消耗截齒23個，施工成本較高。根據砂巖遇水軟化的特性，先施工密集孔注水軟化，再進行截割，減少了截齒消耗，降低了成本。

3.2 施工中遇到掘進機趴窩的問題及解決方法

在巷道施工泥巖區域，底板遇水后變軟，由于機身較重陷入底板無法退機。通過采用在鏈板下方墊枕木，增加支撐力和摩擦力，較好地解決了設備趴窩問題。

3.3 施工中遇到掘進機卡鏈的問題及解決方法

由于施工區域圍巖為泥巖和砂巖，遇水后黏性較大，掘進中需進行灑水降塵并給截齒降溫，偶爾出現一步卡鏈的問題。通過減少鏈板與鏈槽之間的縫隙，適當減少灑水，保證廢渣的濕度，可以有效的避免卡鏈出現。

3.4 施工過程中粉塵較大的問題及解決辦法

掘進機在截割作業過程中粉塵較大，一方面，通過調整壓入式和抽出式風筒布距離控制粉塵擴散，壓入式風筒布距離作業面距離控制在12m至15m，可以有效減少粉塵被吹散，同時能保證作業現場通風，抽出式通風風筒布控制在距離作業面5m以內，可以有效捕塵；另一方面，除截割頭自帶灑水裝置外，在截割部上方增加灑水裝置，截割作業過程中從上方進行灑水，有效的降低作業現場粉塵。

圖7 遇硬巖施工密集孔注水軟化

4 掘進機工藝與爆破工藝對比分析

4.1 掘進機工藝的優勢

（1）采用爆破工藝施工，爆破后巷道超欠挖難以控制，尤其是軟弱巖層地段，爆破極易造成巷道頂板垮塌；采用掘進機施工，對圍巖擾動較小，保證了圍巖完整性，可以較好地保證巷道頂板安全。

（2）采用爆破工藝施工，工序包含“鉆眼，裝藥爆破，出渣，支護”，工序管理較復雜，人員占用多，且每班循環進尺難以保證；采用掘進機施工，工序簡單，作業人員少，管理較為簡單，且每班循環進尺可以保證。

（3）采用爆破工藝施工，在各工序中存在的作業風險較多，尤其是爆破炮煙問題，鏟裝運輸的油煙問題，安全管理壓力較大；采用掘進機施工，人員均在臨時支護下作業，生命安全可以得到保證。

4.2 掘進機工藝的劣勢

（1）掘進機對圍巖的適應性較低，可掘進的巖石單軸抗壓強度在80MPa～100MPa之間，尤其在軟弱巖層中施工優勢較為明顯，遇到硬巖時截齒消耗較大，較爆破工藝對圍巖的適應性低。

（2）掘進機屬于特種設備，巷道成型質量，施工速度與操作手技能熟練程度息息相關，需經過專門培訓方可上崗獨立操作。為保證掘進機能正常作業，需配備專門的維修人員，每班作業后對設備進行維護。

（3）掘進機單臺設備價格較高，且后續配套設備較多，需保證掘進長度方可將設備費用攤銷完成。

5 總結

（1）EBZ260H型掘進機在軟巖巷道，施工距離長，拐彎少的巷道，能充分發揮設備優勢，可供同類工況條件的礦山進行借鑒，在硬巖巷道中施工還需專門的配套方案。

（2）掘進機施工速度快，可以減少礦山基建周期，有利于降本增效，具有較大的經濟效益。當前平均每班作業工效僅為3.89米/班次，距離在煤礦的施工速度仍有較大差距，需要從設備操作和工序銜接等方面提高掘進速度。

（3）掘進機施工相比于傳統的爆破工藝，機械化程度高，安全系數較高，作業人員少，符合公司“機械化減人，機械化換人”工作目標，具有較好的社會效益。