大斷面巖巷工作面新型快速掘進技術的應用研究

鄧 鵬

（山西新景礦煤業有限責任公司， 山西 陽泉 045000）

1 試用工作面概況及巷道規格

1.1 工作面概況

新景公司位于山西省陽泉市郊區，1999 年正式投入試生產，主采3 號、8 號、15 號煤層，年設計生產能力450 萬t。該礦為煤與瓦斯突出礦井。為了滿足當前采掘銜接，公司安排將CMZY2-180/35 型鉆裝一體機在佛洼8 號采區南回風巷進行試用。

佛洼8 號煤采區回風巷地表位于佛洼風井以東，焦垴巖以南，深腳河以西，新莊窩村西北的山坡、山梁、溝谷地段。工作面井下位于佛洼采區東部，東為佛洼8 號煤采區回風巷已掘段；南為佛洼8 號煤8304 工作面（未掘）；西為佛洼8 號煤采區回風巷未掘段；北為佛洼8 號煤皮帶巷（已掘）。

巷道掘進期間將掲6 號煤層、5 號煤層；6 號煤層厚度變化較大，但在本巷東部較薄，甚至尖滅，厚約0.00～2.15 m，平均1.38 m，煤層傾角3°～11°；5 號煤層厚度較薄，不穩定，局部存在，厚約0.00～0.20 m，平均0.07 m，煤層傾角3°～11°。巷道巖性以泥巖和砂質泥巖為主,堅固性系數為4～6。

本巷由佛洼8 號煤8305 回風巷口處開口，按設計依次向東0°掘進60 m，7°上山掘進262 m，后0°施工20 m 與8 號煤南回風巷原停頭位置貫通，總施工長度為342 m。

1.2 巷道規格及支護形式

巷道斷面為直墻半圓拱型斷面，凈寬5.0 m，凈高4.3 m，荒寬5.2 m，荒高4.4 m，直墻高1.8 m。凈斷面S凈=18.81 m2，荒斷面S荒=19.98 m2。

斷面采用錨桿、錨索、鋼筋網、噴砼聯合支護，頂部每排巷中及兩側布置五根頂錨索，其他位置布置頂錨桿。

2 設備參數（見表1）

表1 CMZY2-120/18 型鉆裝一體機性能參數

3 技術方案

3.1 試用方式

2019 年10 月24 日，CMZY2-120/18 型鉆裝一體機在新景公司開拓二隊佛洼8 號煤采區南回風巷投入試用，為了研究CMZY2-120/18 型鉆裝一體機的試用效果，本次試用與8 號煤南回風巷原ZWY-80/45L 扒渣機施工工藝作對比，科研項目研究組委派新景公司調度室掘開系統，分人員分班次對試用情況進行現場寫實，匯總各種數據，并根據巷道掘進不同的巖性所施工的月度進尺、施工效率以及人工投入等方面，比較鉆裝機的優缺點，最后得出項目結論。

3.2 生產情況統計

要求施工隊組鉆裝機司機應了解本機的性能特點，熟悉操作規程，掌握操作要領，并具有獨立排除故障能力，經技術培訓考核合格后方能上崗。施工區域為掌頭巖，該區域巖性以泥巖、砂質泥巖和細粒砂巖為主。

3.2.1 10 月24 日至10 月29 日進尺完成情況

有效使用天數5 d，生產班次14 個班次，施工進尺25.5 m，日均進尺5.1 m。

3.2.2 10 月30 日至12 月15 日進尺完成情況

有效使用天數47 d，生產班次15 個班次，施工進尺147.5 m，日均進尺6.1 m。

3.2.3 7 月18 日至8 月17 日進尺完成情況

有效使用天數28 d，施工進尺195.3 m，日均進尺7 m。

3.2.4 8 月18 日至9 月17 日進尺完成情況

有效使用天數29 d，施工進尺207.6 m，日均進尺7.2 m。

3.3 兩種施工工藝對比情況

1） 掌頭巖性以泥巖和砂質泥巖為主：CMZY2-120/18 型鉆裝一體機2 m 鉆桿平均用時1.5分鐘，打起全斷面炮眼80 個平均用時60 min；人工使用YT-29 風鉆鉆孔2 m 鉆桿平均用時4 min，打起全斷面炮眼80 個平均用時160 min。注：兩種工藝均為兩組鉆孔同時施工所計用時。

2）掌頭巖性以泥巖、砂質泥巖和細粒砂巖為主：CMZY2-120/18 型鉆裝一體機2 m 鉆桿鉆孔平均用時2 min，打起全斷面炮眼80 個平均用時80 min；人工使用YT-29 風鉆2 m 鉆桿鉆孔平均用時5～6 min，打起全斷面炮眼80 個平均用時220 min。

3）出矸系統：挖斗—小溜—鉆裝機橋式皮帶—第4 部皮帶—第3 部皮帶—第2 部皮帶—頭部皮帶—大皮帶—煤倉。

根據現場使用情況統計，鉆裝一體機出矸不必上刮板輸送機，可直接搭接皮帶，配套設備單一，易維護，出矸效率高。鉆裝一體機每班出矸平均用時1.5 h；原ZWY—80/45L 扒渣機出矸，出矸效率一般，且搭配刮板輸送機，設備不好維護，刮板輸送機易出故障，影響出矸，平均用時2.5 h 出矸完成。

使用鉆裝一體機后，打眼和出矸的效率明顯提高，每班結余的時間和人力調用出來噴漿、補打幫錨桿，增加了工作量。

4 試用效果及效益

4.1 效果

通過為期兩個多月的試用，CMZY2-120/18 型鉆裝一體機在8 號煤南回風巷的施工，各項指標均符合標準。具體如下：

1）日進尺5 m，月進尺140 m，是原施工工藝平均單進的1.5 倍。

2）機械化程度高，減輕了工人勞動強度。

3）勞動用工減少。采用鉆裝機施工工藝時生產隊組生產班每班出勤8 人，加上瓦檢員、放炮員共10 人方可滿足正常生產。

4.2 效益

4.2.1 直接成本對比

鉆裝機：截齒費用152 元/m，油脂費用3.64 元/m，共155.64 元/m。

扒渣機：火工品費用為403 元/m，鉆桿鉆頭消耗120 元/m，共523 元/m。

比較：綜掘比炮掘每米巷道節約367.36 元/m。8號煤南回風巷按306 m 計算，整條巷道可節約44.08萬元。

4.2.2 人工工資對比

采用鉆裝機施工工藝月進140 m，施工完306 m巷道需要2.2 個月，每月用工24×30=720 個，需用工2.2×720=1 584 個。

采用扒渣機施工工藝月進90 m，施工完306 m巷道需要3.4 個月，每月用工27×30=810 個，需用工3.4×810=2 754 個。

施工完306 m 的8 號煤南回風巷，采用鉆裝機施工工藝比扒渣機少用工1 170 個，每工按280 元計算，人工費用減少32.76 萬元。

4.2.3 租賃費用

使用鉆裝機日租賃費用為4 000 元，施工完306 m 的8 號煤南回風巷巷道需要租賃費用為2.2×30×4 000=26.4 萬元。

采用扒渣機施工工藝時，扒渣機日租賃費用為229 元，施工完306 m 的8 號煤南回風巷巷道需要租賃費用為3.4×30×229=2.335 8 萬元。

使用鉆裝機比扒渣機增加租賃費用為24.064 2萬元。

4.2.4 電費

鉆裝機：鉆裝機每天工作8.5 h，總功率為90 kW，每度電按0.5 元計算，施工完306 m8 號煤南回風巷巷道電費2.2×30×8.5×90×0.5= 2.52 萬元；局部通風機功率為55 kW，電費2.2×30×24×55×0.5=4.36 萬元，合計電費6.88 萬元。

扒渣機：扒渣機每天工作7.5 h，扒渣機功率為45 kW，每度電按0.5 元計算，施工完306 m8 號煤南回風巷巷道電費3.4×30×7.5×45×0.5=1.72 萬元。局部通風機功率為55 kW，電費3.4×30×24×55×0.5=6.73 萬元，合計電費8.45 萬元。

使用扒渣機比鉆裝機增加電費1.57 萬元。綜上所述，施工完306 m 的8 號煤南回風巷使用扒渣機比鉆裝機節約費用近159.4 萬元。

5 結語

新景公司使用CMZY2-180/35 型鉆裝一體機，在試用期間不但生產效率得到大幅提高，而且降低了工人的勞動強度，取得了較好的社會、經濟效益。當然，巖巷新型快速掘進技術在應用初期仍存在一些問題，但隨著各項技術和管理配套措施的不斷完善，存在的問題也將隨之解決。在大斷面巖巷掘進中使用CMZY2-180/35 型鉆裝一體機仍是當前和今后一段時期內解決采掘工程銜接緊張的重要途徑，巖巷新型快速掘進技術也將成為當前條件下的常態施工方式。