懸臂式掘進機在芒硝礦中應用出現的問題及治理方案

摘要：懸臂式掘進機是巷道開拓的專用設備，廣泛應用于煤礦領域，近年來，基于懸臂式掘進機的特點，其應用范圍逐漸向隧道、地鐵及礦山領域擴展。就懸臂式掘進機在芒硝礦的使用狀況進行分析，并對懸臂式掘進機在芒硝礦中出現的問題及治理方案進行詳細闡述。

關鍵詞：掘進機;芒硝礦;應用;效率

0" "引言

隨著懸臂式掘進機使用范圍從煤礦到隧道、地鐵、水利等方面的推廣，其應用領域越來越廣泛[1-2]。懸臂式掘進機的主要優點是巷道成形好，對地面擾動小，正是基于這些優點，使掘進機得以引入到芒硝礦的開采中來。本文就懸臂式掘進機在芒硝礦應用中的使用狀況進行分析，并對懸臂式掘進機在芒硝礦中出現的問題及解決辦法進行了詳細闡述。

1" "礦場概況

芒硝是含鈉硫酸鹽類化合物的總稱，是生產元明粉的主要原料，元明粉廣泛用于漂染、洗滌劑、玻璃、造紙、制革、輸油氣管道防腐、金屬冶煉、表面處理、填充劑等行業[3-4]。某地下200m的井工鈣芒硝礦，開挖巷道為采礦巷道，巷道寬4.5m，高3.2m，面積14.4m²，為矩形巷道，巷道有錨桿支護，無掛網、無混凝土噴漿，掌子面的巖層可分3層，上下層為低品相礦石，中間為較高品相礦石。第一種形態含芒硝約35%，第二種形態含芒硝約30%，第三種形態含芒硝約12%。隨著礦石品相的降低，其硬度逐漸提高。

2" "設備使用情況

為提高作業機械化率，礦方首次引進了EBZ260H型掘進機來代替傳統的炮掘工藝，掘進機試運行47個有效班次（8h/班），平均截割效率8.3m³/h，平均進尺3.3m/班，基本達到礦方的預期，明顯改善了巷道的成形狀態，機掘巷道與炮掘巷道成形對比如圖1所示。

調查結果顯示，懸臂式掘進機作業仍然存在一些問題需要解決，主要問題為干式除塵的除塵效果逐漸下降，以及掘進機掘進效率偏低。針對懸臂式掘進機使用中存在的問題，設備方逐個分析并提出解決了方案。

3" "除塵能力逐漸下降的治理

在現場查看工況并與礦方及服務人員溝通后，發現除塵能力逐漸降低與礦石的特殊性質相關。截割過程中會產生芒硝粉塵，粉塵進入除塵風機濾筒后會附著在濾筒上。隨著時間的累積，便在濾筒上形成一層結晶體，從而使濾筒的除塵效果下降。服務人員在對濾筒進行檢查時，發現濾筒上已經有不少結晶層，清理結晶層后除塵效果得到了很大改善。為了維持良好的除塵效果，后續要求維護人員每日對濾筒進行清理。

4" "掘進效率偏低的治理

4.1" "相關數據測算

4.1.1" "檢測圍巖硬度

對工作面附近的圍巖硬度進行測量，測量點分布如圖2所示，平均硬度見表1。檢測數據表明，礦石品相高（35%）的中間層平均硬度為61Mpa，礦石品相較低（10%）的下層平均硬度為81Mpa。硬度范圍f5～f9，品相最差的巖石硬度達到f11（位于巷道頂板，巷道開挖時已經避開）。

4.1.2" "檢測設備運行參數

對設備本身運行參數進行監控，其中回轉缸和截割升降缸的壓力在掘進作業時基本保持在工作壓力22Mpa。在設計上，截割電機額定電流約為156A，空載電流約50A?，F場截割作業時截割電流平均值約為76.5A，截割電流偶有過載現象，1.2倍以內的過載占多數，如圖3所示。

4.1.3" "掘進機效率測算

現場的截割順序如圖4所示，掌子面被分成5塊區域，以中部鉆進擴孔完成第一刀，然后截割中部左右的部分，之后截割上下兩個區域。

現場對掘進效率進行了4次測算，選擇中部礦石品相較高的礦石為對象。之所以沒有選擇上下兩條品相低、硬度高的礦石，是因為上層尺寸過窄，而下層需要邊截割邊掃底收料，測算數據參考性不大。4次測算的位置及面積分布如圖5（此時斷面尺寸寬為5m，高為4m）所示。每次測算的礦石硬度、截割時間和效率如表2所示。從表2可知，截割圍巖硬度66MPa的礦石，截割效率為11.9m³/h。

掘進機開始作業后，礦方記錄了掘進機每天的截割時間及進尺，整理礦方數據，計算后得到掘進機每班（8h）截割時間平均為5.7h，每班進尺平均值為3.3m，截割效率平均值為8.3m³/h。記錄不全和無進尺班次的數據沒有計算在內。

4.2" "截割效率低的原因分析

巖石的性質是影響截割效率最顯著的因素。芒硝礦硬度為f5～f9，硬度比較適合掘進機截割，其中中間層的截割效率為15～40m³/h，上下層的截割效率為5～20m³/h。從截割下的礦石狀態來看，礦石節理發育不好，截割下的礦石基本為小塊甚至是粉狀，實際中間層的截割效率僅為11.9m³/h，實際上下層的截割效率計算值為4.3m³/h，節理不發育是截割效率不高的重要原因。截割下的礦石如圖6所示。

從回轉及升降缸的工作壓力來看，掘進機已經在額定壓力下工作。從截割電機的電流情況來看，電流基本在額定功率以下工作。雖存在過流現象，但過流時間占比僅為1%，電流平均值為76.5A，過載電流平均值為174.7A。這說明不存在頻繁過流造成的停機問題，掘進機的截割功率是足夠的。

截割順序以實際工況為準，適當的調節有利于截割。此外操作手的水平對掘進效率也有一定影響。此礦首次將掘進機引進，礦方請了一位有經驗的掘進機司機來教授掘進機駕駛技能，中班是此司機操作，白班和晚班則是新的操作手來操作。經過一段時間的學習，新的操作手基本掌握了操作方法，但掘進機掃底技能還不是很熟練，有經驗司機可在7min完成一次掃底，而兩位新手則需要約30min。

從工藝上看，截割、后配套及輔助工作的安排上仍有提升的空間。由于是第一次使用掘進機，礦方對設備的使用上還在摸索階段，一些工序銜接存在空檔期。從設備記錄開機時間和截割時間上看，設備開機使用約684h（約85個班次，其中有效班次為47個，其余時間為設備轉運及維護等時間），截割時間約268h，設備的實際使用率不足40%，有效班次內使用率為71%。礦方使用掘進機的巷道是整個礦區最難掘進的巷道，只要在此巷道截割效率達到預期，開挖其他巷道時效率會有提升。

綜上，掘進機效率低的原因包括：圍巖節理不發育，落料多為小顆粒;操作手經驗不足，掃底占用時間過多;每班截割時間為5.7h，截割、后配套及輔助工作在時間分配及銜接上有很大提升空間。

4.3" "提高截割效率的方案

針對以上問題，提出以下提高截割效率的方案：一是努力提升操作手的技能，其熟練掃底后，作業效率可達到10m³/h;優化截割、后配套及輔助工作的銜接，保證每班至少有7h的截割時間，使每班截割量達到70m³，進尺接近5m。

5" "結語

綜上所述，對于14.4m2斷面面積的巷道，設備使用初期掘進效率可達到8.3m³/h，按每班5.7h截割時間計算，進尺可達3.3m/班。提升操作手技能并優化工藝后，掘進效率可達10m³/h，每班截割時間可有7h，進尺可達5m/班。針對懸臂式掘進機在芒硝礦應用中出現的除塵能力下降問題，需要作業人員每班清理濾筒上的礦石結晶體。相信隨著客戶對設備的逐漸熟悉及配套工藝的不斷改善，懸臂式掘進機將在芒硝礦巷道開挖中發揮更大的作用。

參考文獻

[1] 唐光雯，王波，王小紅.EBZ260懸臂式掘進機在軟巖隧洞開挖中的應用[J].四川水力發電， 2019，38（4）： 19-22.

[2] 郭明.懸臂式掘進機在白堊系砂巖隧道中的應用研究[J].鐵道建筑技術，2018（8）： 70-74+79.

[3] 徐素國，梁衛國，趙陽升.鈣芒硝鹽巖物理力學特性研究[J].地下空間與工程學報，2007（6）： 1054-1059.

[4] 申軍.我國芒硝礦產資源及其加工業的現狀與發展[J].化工礦物與加工，2003（2）： 1-4.