SCR260型采掘機在磷礦山井下的應用研究

摘要：以國家規(guī)劃礦區(qū)內甕福磷礦山為例，在概述該礦山頂板圍巖、巷道斷面基本情況的基礎上，對SCR260型采掘機在該礦山井下磷礦石掘進中的應用進行分析，并深刻剖析了影響掘進效率的主要因素，提出掘進效率優(yōu)化思路。研究結果表明：當前國內礦山巖巷施工仍以常規(guī)鉆爆開挖為主，懸臂式掘進機在大斷面巖巷中的掘進應用仍處于初級階段。該礦山為提升機械化掘進水平而進行的掘進機截割開挖探索，對懸臂式掘進機在類似礦山中的推廣應用具有借鑒參考價值。

關鍵詞：懸臂式掘進機；磷礦山；掘進效率；應用

0" "引言

懸臂式掘進機因巷道成形好，對圍巖及地面擾動小，重心低，配置高，性能穩(wěn)定可靠，截割效率高，在煤礦巷道掘進及隧道開挖領域得到應用。但是國內掘進機設計應用水平與國際先進水平仍存在一定差距，大中型掘進機目前仍處于創(chuàng)新和改進階段。本文以國家規(guī)劃礦區(qū)內甕福磷礦山為例，在概述該礦山頂板圍巖、巷道斷面基本情況的基礎上，對SCR260型采掘機在該礦山井下磷礦石掘進中的應用進行分析，并深刻剖析了影響掘進效率的主要因素，提出掘進效率優(yōu)化思路。

1" "礦場概況

甕福磷礦屬于國家規(guī)劃礦區(qū)，工業(yè)儲量5.8億t，地質儲量8億t，當前正處于露天采礦和地下采礦共存的生產階段。該地下礦山以盤區(qū)開采法為主，各盤區(qū)內再劃分中段，分段間主要通過大小斜坡道連接，盤區(qū)內布設有分段平巷、拉底巷等工程。巷道斷面采用三心拱斷面，巷道內采用錨桿加錨網噴射混凝土支護形式。

礦區(qū)內礦層及圍巖以碳鹽巖為主，巖性單一，為層狀巖類，屬半堅硬工程地質巖組，巖體穩(wěn)定性中等；斷層、裂隙較發(fā)育，風化及溶蝕作用中等，局部破碎帶影響巖體穩(wěn)定，可能引發(fā)礦山不良工程地質。磷礦體的工程地質類型為可溶鹽巖類中等類型。磷礦圍巖抗壓強度范圍為24.1～58.8MPa，磷礦石含量在15%～30%之間，且隨著磷礦石品相的降低，硬度逐漸提升。

該礦山于2020年引進井下巷道掘進臺車，次年提出引進掘進機代替常規(guī)鉆孔裝藥爆破作業(yè)模式的構想，并著手國內外掘進設備、掘進工藝等的調研。根據該磷礦井下巖石結構特征，對滿足井下掘進要求的機械進行篩選。在詳細考察及討論研究的基礎上，決定引進懸臂式掘進機。

2" "懸臂式掘進機的應用

2.1" " 設備性能

經調研可知，SCR260型采掘機對于風化程度小的硬質巖層較為適用，對于節(jié)理發(fā)育底層，截割硬度不超出110MPa，能滿足磷礦石性質及地質構造條件。通過綜合分析設備參數、磷礦山地質條件、生產流程、巷道斷面、采掘技術，最終決定采用SCR260 采掘機進行井下試驗。

SCR260型采掘機截割部基本構造如圖1所示。其中，截割系統(tǒng)主要通過截割頭的旋轉、鉆進、擺動達到截割并成形斷面的目的。截割頭在截割電機與二級行星減速器等的驅動和控制下旋轉，在連接筒上液壓缸的驅動下實現擺動。物料的推移和收集主要通過裝載系統(tǒng)中的鏟板實現，在驅動裝置和液壓馬達的驅動下，五爪星輪將物料轉運至刮板輸送機上。設計長度8.0m的刮板輸送機，在驅動裝置和液壓馬達的驅動下完成磷礦石運輸。該型號的懸臂式掘進機主要采用雙速截割電機與高效截割頭，截割效率高，并具備視距、超視距、地面等多種控制方式[2]，符合磷礦山機械化、智能化建設要求。

2.2" " 現場試驗情況

根據該磷礦生產實際，該磷礦礦方于2021年1月份引進SCR260型采掘機取代常規(guī)炮掘，在井下-560m大斜坡道和分段平巷開拓采準區(qū)域進行懸臂掘進機現場試驗，按照8h/班的安排試運行57個有效班次。部分試驗數據如表1所示。

考慮到試驗段巖層硬度大，普氏系數取值達到9.0～9.25，對掘進過程產生一定程度的不利影響。由于截齒選型與齒座不匹配，致使截齒存在嚴重磨損。由于操作人員對設備性能及圍巖結構特征等并不熟悉，使得掘進過程未完全取得理想的試驗效果。此后，聘請技術人員對操作工進行了臨場指導，對截齒和截割頭也進行了有效改進，上述問題得到一定程度的解決，掘進效率有所提升?？傮w看來，SCR260型采掘機在該磷礦山井下掘進試驗過程中并未出現較大的設備故障，設備性能可靠，故障率低，完全能滿足磷礦井下掘進要求。

3" "應用優(yōu)化

該磷礦山引進SCR260 采掘機后，井下截割效率平均達到12.1m3/h，進尺均值為3.4m/班，巷道成型狀態(tài)有效改善，掘進效率顯著提升。但是根據實地調查結果，該磷礦中SCR260 采掘機應用中明顯存在掘進效率低于設計工效問題，嚴重影響了應用效果和磷礦石掘進效率的提高。

3.1" " 影響掘進效率的因素

測量工作面附近圍巖硬度發(fā)現，品相35%的磷礦石中間層硬度均值為59.7MPa，品相10%的磷礦石硬度均值81MPa，位于巷道頂板的品相最差的磷礦石硬度最大，在開挖過程中已經成功避開。

通過監(jiān)測設備運行參數發(fā)現，該機在掘進過程中截割升降缸和回轉缸壓力基本保持在22MPa左右，截割電機額定電流和空載電流分別為156A和50A。具體截割過程中截割電流均值為76.5A，偶爾存在截割電流過載問題，且大多為1.2倍以內的過載。掌子面具體劃分成5個分段，中部鉆進擴孔完成第一刀，此后依次截割中部左右及上下兩個區(qū)域。

在試驗過程中共進行了掘進效率的四次測算，測算主要針對中部品相較高的磷礦石，并未選擇上下區(qū)域品相低、硬度高的磷礦石。其主要原因在于上層尺寸過窄，下層又必須在截割的同時掃底收料，掘進數據缺乏代表性和可參考性。四次測算對應的磷礦石硬度、截割時間及截割效率等參數見表2。

從表2可以看出，該磷礦應用懸臂式掘進機截割硬度為66MPa的圍巖，對應的截割效率為12.1m3/h。掘進施工開始后，礦方根據所記錄的懸臂式掘進機截割時間及進尺等資料，不考慮無進尺班次和記錄不全班次，得出懸臂式掘進機單位班次截割時間平均為5.7h，進尺均值3.4m/班次。

一般情況下，巖石屬性是影響懸臂式掘進機截割效率的關鍵因素。該磷礦山圍巖硬度較大，且硬度適合掘進機截割，中間層截割效率15～40m3/h，而上下層截割效率為5～20m3/h。截割后的磷礦石節(jié)理發(fā)育一般，基本為小塊狀和粉末狀，中間層實際截割效率僅為12.1m3/h，上下層實際截割效率也僅為4.3m3/h。也就是說，礦脈巖性變化大，圍巖節(jié)理不發(fā)育是造成該磷礦懸臂式掘進機截割效率低下的主要原因[3]。

檢查發(fā)現，懸臂式掘進機的確在額定壓力下運行，但截割電機實際電流卻在額定功率以下，明顯存在過流現象，過流時間占比約為1%，正常電流和過載電流均值分別為76.5A和174.8A。在掘進過程中基本不存在頻繁過電流所引發(fā)的停機[4]，掘進機截割功率也基本滿足設計要求。

適當調節(jié)和優(yōu)化截割順序有利于截割效率的提升。操作人員技術水平也是影響截割效率的一個方面。該磷礦首次引進懸臂式掘進機，礦方同時聘請了一位經驗豐富的掘進機操作人員，為礦井員工教授操作技能，中班通常由該外聘專家操作，而白班和晚班則由礦井自有員工操作。礦井員工基本掌握了掘進機操作要領，但是技術并不熟練，外聘專家完成一次掃底大約耗時7min，而礦井員工大約需要30min。

此外，從截割、輔助工作及后配套等工藝來看，仍有較大的提升空間?？紤]到該磷礦首次引進懸臂式掘進機，礦方及操作人員基本處于探索階段，部分工序之間的銜接并不到位。如684h的掘進機開機時間對應著85個班次，其中有效班次僅為47個，其余時間均用于設備維護和空運轉，對應的有效截割時間僅為258h，掘進機械有效使用率不足40%，有效班次使用率僅在70%左右。

3.2" " 掘進效率的提升

通過以上分析可以看出，造成該磷礦井下懸臂式掘進機效率低的原因，主要包括圍巖節(jié)理不發(fā)育、操作人員技術不熟練、掃底耗時長、截割及后配套等時間分配和工序銜接不緊密等。為了有效提升掘進效率，特制定如下措施：通過培訓等方式盡快提升操作人員技術水平，爭取在熟練掌握掃底技能后，將作業(yè)效率提升至10 m3/h。優(yōu)化截割、輔助工作、后配套等工序間的銜接，確保單班次內有效截割時間至少達到7h，截割量至少達到70m3，進尺不小于5m。

4" "結論

經過數月的磷礦井下試用，SCR260 采掘機性能穩(wěn)定、截割功率大，全巖巷道掘進效率得到保證，可省去常規(guī)爆破開挖中裝藥、爆破等環(huán)節(jié)，還能避免對周圍圍巖的不利擾動和破壞，安全性明顯提升。懸臂式掘進機在截割磷礦石過程中，截割效率可能會受到圍巖節(jié)理不發(fā)育、截割次序不合理、操作人員技術水平不高、截割及輔助工序銜接不緊密等的影響，為此必須從施工工序安排、人員技術培訓、優(yōu)化工序銜接等方面采取一定的措施，保證SCR260 型采掘機截割效率的提升。

參考文獻

[1] 王本林.懸臂式掘進機硬巖掘進技術應用與發(fā)展[J].煤炭技術，2022，41（4）：151-153.

[2] 李剛.EEBZ-160型懸臂式掘進機在大坡度巷道掘進中的改進及應用[J].煤礦機械，2022，43（2）：153-155.

[3] 李洪亮，沈洪波，李劍.懸臂式掘進機在芒硝礦中應用出現的問題及治理方案[J].工程機械與維修，2022（1）：196-198.

[4] 田志剛.懸臂式掘進機在凡口鉛鋅礦的應用[J].采礦技術，2020，20（1）：129-130.