大斷面巖巷炮掘工作面機械化快速掘進技術裝備與應用

李晶昆，白 楊，常波波，丁 鼎

(陜西彬長孟村礦業有限公司,陜西 咸陽 713600)

0 引言

陜西彬長孟村煤礦中央帶式輸送機大巷DF29斷層區域受沖擊地壓影響破壞嚴重，之后礦井將此段巷道層位調整在頂板巖層中。該工程為礦井災害治理重點工程，其掘進速度制約著礦井的生產，因此，迫切需要一套可行性強、較為完善的巖巷大斷面快速掘進技術，加快巖巷掘進技術發展，提高巖巷單進水平，滿足該礦井治災需求。

1 礦井及工作面概況

1.1 礦井概況

陜西彬長孟村礦井東西長約10.6 km，南北寬約8.3 km，面積63.59 km2。礦井主采煤層4號煤，厚度0～26.30 m，礦井4號煤層屬于Ⅲ類，為具有強沖擊傾向性的煤層；頂板巖層屬于Ⅱ類，為具有弱沖擊傾向性的頂板巖層[1]，陜西彬長孟村礦業有限公司被定性為嚴重沖擊地壓礦井[2]。

1.2 工作面概況

中央帶式輸送機大巷層位調整段全長849 m，掘進目的是將該巷道受DF29斷層構造影響區段層位調整到頂板巖層中，保證DF29斷層面前后200 m范圍巷道進入煤層頂板巖石中，且至煤層頂界法向距離不小于10 m，以此消除DF29斷層前后的中央帶式輸送機大巷的沖擊危險。該段巷道主要以細粒砂巖為主，普氏系數f為5，設計斷面為直墻半圓拱斷面，荒寬5.64 m，荒高4.57 m，荒斷面為22.4 m2，采用爆破法掘進方式施工。

2 爆破支護施工方案

2.1 錨桿(索)支護參數

錨桿：采用規格為MSGLW-500/φ22 mm×2 500 mm的左旋無縱肋螺紋鋼樹脂錨桿，間排距為700 mm×700 mm，一排17根。錨桿采用加長錨固[3]方式，每根錨桿配用2支MSK2335和2支MSZ2335樹脂錨固劑，錨桿托盤采用150 mm×150 mm×12 mm的Q235鋼板，錨桿錨固力和扭矩力不低于100 kN和200 N·m。

錨索：采用延展率大于5%的1×19股-1860級預應力錨索，規格為φ21.8 mm×7 100 mm的鋼絞線，每根錨索配用2支MSK2335和3支MSZ2335樹脂錨固劑，間排距1 200 mm×700 mm，一排5根。錨索預應力不低于200 kN，托盤采用Q235蝶形鋼板，規格為300 mm×300 mm×16 mm。

2.2 爆破參數

炮眼布置如圖1所示，炮眼參數及裝藥量詳見表1。

圖1 炮眼布置Fig.1 Blasthole arrangement

表1 爆破說明

3 機械化設備配備及應用

3.1 炮眼施工裝備

液壓鉆車：巷道炮眼施工采用CMJ2-35型礦用液壓鉆車[4]，具體外形如圖2所示，設備參數詳見表2。

圖2 CMJ2-35型礦用液壓鉆車Fig.2 CMJ2-35 mine hydraulic drill truck

表2 CMJ2-35型礦用液壓鉆車設備參數

使用范圍：CMJ2-35型礦用液壓鉆車全機采用防爆設計、機身小，結構緊湊，廣泛應用于掘進巷道中鑿巖各類孔作業，具有節約能源、節約人力、鑿巖效率高、鉆桿成本低、噪聲小、提高施工質量等特點[5]。施工炮眼時可以全斷面施工，炮眼施工過程采用平動臂模式。

平動臂模式的特點：①在平動臂模式下，無論大臂如何上、下、左、右擺動，都能自動保證鉆出的孔與孔之間保持平行。②可準確、快速定位——平動臂技術提高了設備的自動化性能、降低了操作難易程度；定眼時，普通鉆臂需要通過調整3～4個油缸去保證炮孔的平行度且需要操作人員具備豐富的工作經驗才能保證炮眼的施工角度，應用平動臂技術，只需動用相應方向1～2個油缸即可快速定準炮孔位置，大幅度提高定眼效率。③通過保證鉆孔質量可提高巷道爆破后整體形狀規整度。④降低卡釬風險、降低斷釬概率——在打密集孔時若不能保證孔平行，就容易出現孔穿透交叉而導致卡釬，而平動臂技術則可確保孔平行從而不易出現交叉現象，降低斷釬概率[6]，參數見表2。

應用：CMJ2-35型礦用液壓鉆車僅需要操作司機1人，一般在距離工作面5 m的位置全斷面施工炮眼，每個炮眼用時2 min。

3.2 破碎裝載設備

矸石破、裝、運采用ZPY-40/20L煤礦用破碎裝巖機[7]，搭接DSJ-80/40/2×55膠帶輸送機實現。裝巖機具體外形如圖3所示，設備參數見表3。

圖3 ZPY-40/20L煤礦用破碎裝巖機Fig.3 ZPY-40/20L mine crushing rock loader

表3 ZPY-40/20L煤礦用破碎裝巖機設備參數

使用范圍：ZPY-40/20L是針對國內巖巷掘進效率低、工人勞動強度大而研制的一種巖巷快速裝載機械，它集裝載、破碎、輸送為一體，不但能對巖巷工作面爆破后落下的巖石進行快速機械化裝載和輸送，而且還能對體積較大、硬度較高的巖石進行破碎作業，從而進一步提高巖石運輸的效率。

設備特點：①該機機組結構合理，大部件強度高，剛性好；②機組全部采用液壓系統控制，方便井下維修與操作；③采用了低速大扭矩馬達直接驅動的單鏈刮板，有效地杜絕了雙鏈刮板運輸時的斷鏈和卡鏈現象；④采用了鏟板與大扭矩馬達驅動的耙爪配合進行裝料；⑤采用了大型液壓破碎錘機構，可以對爆破后的大塊巖石進行破碎；⑥采用了靈活方便的挖斗機構，進行爆破巖石的輔助裝運和水溝水倉的挖掘工作；⑦裝配有靈活轉動的回轉機構和升降機構，可方便實現大臂的升降和回轉，擴展了破碎錘和挖斗的各項功能；⑧采用漲緊輪組和漲緊油缸組成的履帶漲緊裝置；⑨全機所有的重要執行元件，均采用進口元器件，性能安全可靠[8]。

應用：耙裝機距離工作面0～20 m，爆破時退至迎頭向外20 m(機尾滾筒處)，采用加工護板遮擋保護，出矸時配合橋式轉載機前后移動，左右輕微移動，同時采用防爆裝載機將機尾外段矸石轉運至耙裝機前，橋式轉載機[9]搭接DSJ-80/40/2×55膠帶輸送機完成出矸。

3.3 錨桿鉆車

煤礦用液壓錨桿鉆車：錨桿索支護采用CMM2-25型煤礦用液壓錨桿鉆車[10]，具體外形如圖4所示，設備參數見表4。

使用范圍：CMM2-25型煤礦用液壓錨桿鉆車滿足掘進工作面斷面寬度最大6.5 m、高度最大4.8 m的巷道支護，鉆車在結構上采用了整體升降的工作平臺，可以根據巷道不同高度采取平臺升降來調整人員的作業高度，從而實現巷道頂板、側幫錨桿孔、錨索孔的機械化作業施工。該鉆車具有大斷面支護，工作安全性及效率高，工人勞動強度低等特點，尤其是工人在使用鉆車進行錨桿索支護作業時能大大縮短支護作業時間，提高支護效率和支護質量。該鉆車結構合理，機構緊湊，運轉靈活，操作方便，是一種快速、高效、機械化的掘進支護裝備。該鉆車適用于礦山巷道掘進工作面的支護機械化作業[11]。

圖4 CMM2-25型煤礦用液壓錨桿鉆車Fig.4 CMM2-25 mine hydraulic anchor drill truck

表4 CMM2-25型煤礦用液壓錨桿鉆車設備參數

設備特點：①結構合理，零部件強度好、剛性好；②液壓系統采用負載敏感控制，既減少了能耗，又杜絕了系統發熱失效的可能性，大大的延長了密封件的使用壽命；③行走機構采用液壓馬達+減速機驅動；④設有2組鉆臂及鉆孔推進機構，均由液壓系統控制，且2組鉆臂及鉆孔推進機構可獨立并同時作業；⑤2組鉆孔推進機構可實現不同位置和角度的旋轉，可進行全方位的頂板、側幫、錨桿、錨索、迎頭炮孔及探測孔的施工作業；⑥設有可升降的前部支撐機構裝置，在迎頭空頂下可對作業人員進行保護；⑦設有可升降的作業平臺，2組鉆臂可隨作業平臺上下升降，以滿足不同巷道高度的施工要求，并方便作業人員操作；⑧設有可翻轉、伸展及增高的踏板裝置，以滿足不同巷道寬度的施工要求，并方便作業人員操作。

應用：工作面完成出矸后，應用機載前探梁完成臨時支護，3人操作便可完成巷道拱基線以上全部支護。拱基線以下采用YT28氣腿式鑿巖機進行支護[12]。

4 結語

孟村煤礦中央帶式輸送機大巷炮掘工作面機械化掘進配備了“CMJ2-35型礦用液壓鉆車+ZPY-40/20L煤礦用破碎裝巖機+橋式轉載機+CMM2-25型煤礦用液壓錨桿鉆車”成套快掘系統后，大幅度提升爆破掘進作業的炮眼施工、矸石破裝運及支護效率，使大斷面巖巷月平均單進達到120 m/月，較傳統炮掘工藝掘進效率提高33.3%，這套設備方案有效提高了孟村煤礦炮掘工作面的快速安全掘進，為該礦災害治理工程的進展提供了有力的技術保障，為礦井及公司巖巷快速掘進積累了豐富的經驗，取得了重大突破，同時也為實現高質量發展奠定了堅實的基礎。