大埋深富水巖層遠(yuǎn)程控制全巖綜掘機的應(yīng)用

秦 濤 顏 雷 姜啟彬

（臨沂礦業(yè)集團(tuán)菏澤煤電有限公司郭屯煤礦，山東 菏澤 274700）

當(dāng)下礦井的通風(fēng)系統(tǒng)為兩進(jìn)兩回，其中總回量為19 197 m3/min，通風(fēng)阻力為2 928.9 Pa，接近臨界值；而-808 m 輔助回風(fēng)石門是礦井全年的重點開拓工程，更是構(gòu)建礦井“兩進(jìn)三回”大通風(fēng)格局的關(guān)鍵一環(huán)。通過形成兩進(jìn)三回的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)使礦井通風(fēng)系統(tǒng)達(dá)到了合理穩(wěn)定，并可降低礦井通風(fēng)阻力約200 Pa，提高了通風(fēng)效率及作業(yè)場所的風(fēng)量，為礦井的安全生產(chǎn)提供了可靠保障。因此需盡快施工一條-808 m 水平輔助回風(fēng)石門，解決礦井通風(fēng)問題。

1 工程背景

大功率全巖遠(yuǎn)程控制掘進(jìn)作業(yè)線是保證礦井高產(chǎn)高效的前提條件，高效機械化掘進(jìn)與遠(yuǎn)程控制等自動化功能的實現(xiàn)是保證礦井實現(xiàn)高產(chǎn)高效及安全的必要條件，也是巷道掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方向。經(jīng)調(diào)研，采用一種大功率大截深巖石掘進(jìn)機，加以智能化升級改造[1-5]，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制高效快掘。

2 適用領(lǐng)域及配套裝備

大功率全巖遠(yuǎn)程控制掘進(jìn)作業(yè)線適用于采用綜掘機施工的全巖、半煤巖巷道。在開拓、準(zhǔn)備、回采巷道均適用，特別是在大斷面全巖巷道更能體現(xiàn)其實用價值，經(jīng)濟(jì)社會效益顯著。

大功率全巖遠(yuǎn)程控制掘進(jìn)作業(yè)線由EBZ318 全巖綜掘機、遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)、干式除塵風(fēng)機、皮帶和單軌吊運輸系統(tǒng)組成，形成了綜掘機快速截割、遠(yuǎn)程控制、干式除塵、連續(xù)排矸的成套快掘裝備線。

3 技術(shù)創(chuàng)新及經(jīng)濟(jì)分析

3.1 掘進(jìn)機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

掘進(jìn)機遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)建立在掘進(jìn)機現(xiàn)場控制基礎(chǔ)之上，加入無線遙控收發(fā)裝置及控制箱，配套電磁換向閥、電液比例閥等其他輔助電路。在進(jìn)行遙控操作時，無線接收裝置接收發(fā)射器的相應(yīng)操作信號，由轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為控制器識別的繼電信號，作為控制器的輸入控制信號，控制器的相應(yīng)輸出功能驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)完成各種動作要求。

3.2 技術(shù)研究內(nèi)容及創(chuàng)新點

（1）高效快掘巖巷工作面概況及影響因素

為加快礦井開拓巷道施工進(jìn)度，優(yōu)化礦井開拓布局，不斷嘗試改進(jìn)現(xiàn)有施工工藝，并努力探索新的施工方法。由于爆破法施工大斷面巖巷進(jìn)度較慢，普通煤（半煤）巷掘進(jìn)機施工巖巷效果太差，通過深入現(xiàn)場寫實，發(fā)現(xiàn)部分制約生產(chǎn)的因素。

① 爆破法施工大斷面巖巷效率低，打眼、裝藥、放炮、出矸浪費大量時間。

② 爆破法施工巷道成型質(zhì)量差，采用爆破碎矸不利于控制巷道輪廓，往往會出現(xiàn)成型質(zhì)量不好的現(xiàn)象。

③ 普通煤（半煤）巷掘進(jìn)截割硬度低，截割頭壽命短，工作時機身振動大、穩(wěn)定性差，裝運系統(tǒng)易卡鏈、易磨損等缺點較多，影響掘進(jìn)效率。

④ 掘進(jìn)機司機對不同圍巖條件下不區(qū)分使用截割方式，截割較為隨意，影響巷道成型質(zhì)量和掘進(jìn)機使用壽命。

（2）研究決定采用巖石掘進(jìn)機施工，經(jīng)多次分析調(diào)研，最終選用EBZ318 型號巖石掘進(jìn)機，并安排專人優(yōu)化工藝流程。

① 推廣使用巖石掘進(jìn)機，并不斷優(yōu)化其掘進(jìn)性能，提效提速。選用EBZ318 掘進(jìn)機，最大定位截割斷面可達(dá)38 m2，爬坡能力±18°，炮頭最大截割深度可達(dá)700 mm，可滿足大斷面截割、大坡度施工的要求，可采用大截深截割，提高截割效率。

② 在不同圍巖條件下，合理選擇截割方式。根據(jù)工作面巖石硬度情況，優(yōu)化截割流程。

一是當(dāng)工作面巖石硬度較?。╢≤6）時，用截割頭先在左下角進(jìn)行掏槽，然后按照如圖1 所示“S”形向上切割方法，使截割頭掃過整個巷道斷面。

圖1 截割流程圖

二是當(dāng)截割巖石硬度不同時，先選擇較軟的巖石進(jìn)行鉆進(jìn)，然后采用由下而上左右截割的方法；當(dāng)截割巖石硬度大（8 ＜f ≤13）且為同種巖石時，應(yīng)將截割部處于水平和機器中心位置進(jìn)行鉆進(jìn)，可根據(jù)巖石硬度和節(jié)理發(fā)育情況決定鉆進(jìn)深度，然后截割頭擴(kuò)窩后再繼續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn)。

③ 結(jié)合現(xiàn)場實踐，優(yōu)化截割方式。截割頭截割方式如圖2 所示。

圖2 截割方式圖

④ 優(yōu)化支護(hù)設(shè)計參數(shù)，合理確定循環(huán)進(jìn)尺。根據(jù)現(xiàn)場條件變化及時變更支護(hù)設(shè)計參數(shù)，有效落實差異化支護(hù)方案，及時調(diào)整錨桿間排距，縮短打眼支護(hù)時間，遇斷層等地質(zhì)構(gòu)造期間加強支護(hù)，確保頂板安全。根據(jù)頂板情況合理確定正規(guī)循環(huán)進(jìn)尺，頂板較好區(qū)域循環(huán)進(jìn)尺提至1.5 m，局部提至2 m，提高施工效率20%以上，節(jié)約工序銜接時間，提高效率。

（3）技術(shù)創(chuàng)新點

① 通過引進(jìn)大功率巖石掘進(jìn)機，實現(xiàn)全巖巷道綜合機械化施工，并研制一套高效成熟的掘進(jìn)機管理技術(shù)和現(xiàn)場高效施工管理辦法，提高掘進(jìn)效率，加快礦井開拓。

② 利用系統(tǒng)工程思維將科學(xué)發(fā)展觀與企業(yè)生存和發(fā)展相聯(lián)系，從設(shè)計施工、管理組織等方面全面排查制約快速掘進(jìn)因素，科學(xué)合理組織，補齊生產(chǎn)短板，實現(xiàn)高效生產(chǎn)、節(jié)約降耗。

③ 根據(jù)現(xiàn)場條件變化及時優(yōu)化支護(hù)設(shè)計參數(shù)，落實差異化支護(hù)方案，靈活合理確定正規(guī)循環(huán)進(jìn)尺，縮短支護(hù)工序時間，節(jié)約支護(hù)材料消耗。

（4）同類技術(shù)對比

現(xiàn)階段國內(nèi)外礦井使用巖石掘進(jìn)機進(jìn)行遠(yuǎn)程控制及高效快掘是礦井巖巷掘進(jìn)的發(fā)展方向。郭屯煤礦開拓工程相對滯后，一方面巖巷高效快掘可加快開拓進(jìn)度，另一方面排查影響生產(chǎn)的各類因素，從工程管理、生產(chǎn)工藝、勞動組織等方面進(jìn)行創(chuàng)新，提高生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)力，創(chuàng)新生產(chǎn)管理模式，形成一套特有的施工管理方法，解決礦井采掘接續(xù)緊張現(xiàn)狀。

3.3 效益分析

（1）經(jīng)濟(jì)效益

2021 年1 至8 月，-808 m 輔助回風(fēng)石門巖巷遠(yuǎn)程控制高效快掘共計掘進(jìn)進(jìn)尺1184 m。經(jīng)計算，巷道實現(xiàn)高效快掘后延米單價降低約500 元/m，共計節(jié)約成本59.2 萬元。

（2）社會效益

-808 m 水平輔助進(jìn)風(fēng)石門剩余開拓長度1184 m，若采用傳統(tǒng)爆破法需用時22.6 個月，使用大功率全巖遠(yuǎn)程控制掘進(jìn)作業(yè)線施工用時8 個月，提前14.6 個月時間。

4 結(jié)論

大功率全巖遠(yuǎn)程控制掘進(jìn)作業(yè)線的遠(yuǎn)程控制高效快掘已在郭屯煤礦-808 m 輔助回風(fēng)石門成功應(yīng)用，與傳統(tǒng)施工工藝相比，大大提高了巖巷單進(jìn)和人均工效，并創(chuàng)出同類條件下巷道施工月進(jìn)155 m的最好記錄。以往在同類巷道中使用爆破法施工，月平均進(jìn)尺65 m，平均工效0.047 m/日/工，-808 m 輔助回風(fēng)石門2021 年1 月開始施工，1～8 月平均進(jìn)尺148 m，迎頭人數(shù)約55 人，平均工效0.15 m/日/工，掘進(jìn)進(jìn)尺平均提高95.5 m，平均工效提高0.106 m/日/工。

下一步計劃在南翼輔助軌道巷、南翼集中膠帶巷等開拓巷道推廣應(yīng)用大功率全巖遠(yuǎn)程控制掘進(jìn)作業(yè)線，同時需解決遇硬巖截割時截齒損耗較大等問題。