大埋深富水巖層遠程控制全巖綜掘機的應用

秦 濤 顏 雷 姜啟彬

（臨沂礦業集團菏澤煤電有限公司郭屯煤礦，山東 菏澤 274700）

當下礦井的通風系統為兩進兩回，其中總回量為19 197 m3/min，通風阻力為2 928.9 Pa，接近臨界值；而-808 m 輔助回風石門是礦井全年的重點開拓工程，更是構建礦井“兩進三回”大通風格局的關鍵一環。通過形成兩進三回的通風網絡使礦井通風系統達到了合理穩定，并可降低礦井通風阻力約200 Pa，提高了通風效率及作業場所的風量，為礦井的安全生產提供了可靠保障。因此需盡快施工一條-808 m 水平輔助回風石門，解決礦井通風問題。

1 工程背景

大功率全巖遠程控制掘進作業線是保證礦井高產高效的前提條件，高效機械化掘進與遠程控制等自動化功能的實現是保證礦井實現高產高效及安全的必要條件，也是巷道掘進技術的發展方向。經調研，采用一種大功率大截深巖石掘進機，加以智能化升級改造[1-5]，可以實現遠程控制高效快掘。

2 適用領域及配套裝備

大功率全巖遠程控制掘進作業線適用于采用綜掘機施工的全巖、半煤巖巷道。在開拓、準備、回采巷道均適用，特別是在大斷面全巖巷道更能體現其實用價值，經濟社會效益顯著。

大功率全巖遠程控制掘進作業線由EBZ318 全巖綜掘機、遠程操控系統、干式除塵風機、皮帶和單軌吊運輸系統組成，形成了綜掘機快速截割、遠程控制、干式除塵、連續排矸的成套快掘裝備線。

3 技術創新及經濟分析

3.1 掘進機遠程控制系統

掘進機遠程控制系統建立在掘進機現場控制基礎之上，加入無線遙控收發裝置及控制箱，配套電磁換向閥、電液比例閥等其他輔助電路。在進行遙控操作時，無線接收裝置接收發射器的相應操作信號，由轉換器轉化為控制器識別的繼電信號，作為控制器的輸入控制信號，控制器的相應輸出功能驅動執行機構完成各種動作要求。

3.2 技術研究內容及創新點

（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度，優化礦井開拓布局，不斷嘗試改進現有施工工藝，并努力探索新的施工方法。由于爆破法施工大斷面巖巷進度較慢，普通煤（半煤）巷掘進機施工巖巷效果太差，通過深入現場寫實，發現部分制約生產的因素。

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量差，采用爆破碎矸不利于控制巷道輪廓，往往會出現成型質量不好的現象。

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

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

（2）研究決定采用巖石掘進機施工，經多次分析調研，最終選用EBZ318 型號巖石掘進機，并安排專人優化工藝流程。

① 推廣使用巖石掘進機，并不斷優化其掘進性能，提效提速。選用EBZ318 掘進機，最大定位截割斷面可達38 m2，爬坡能力±18°，炮頭最大截割深度可達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。根據工作面巖石硬度情況，優化截割流程。

一是當工作面巖石硬度較小（f≤6）時，用截割頭先在左下角進行掏槽，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

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

③ 結合現場實踐，優化截割方式。截割頭截割方式如圖2 所示。

圖2 截割方式圖

④ 優化支護設計參數，合理確定循環進尺。根據現場條件變化及時變更支護設計參數，有效落實差異化支護方案，及時調整錨桿間排距，縮短打眼支護時間，遇斷層等地質構造期間加強支護，確保頂板安全。根據頂板情況合理確定正規循環進尺，頂板較好區域循環進尺提至1.5 m，局部提至2 m，提高施工效率20%以上，節約工序銜接時間，提高效率。

（3）技術創新點

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

② 利用系統工程思維將科學發展觀與企業生存和發展相聯系，從設計施工、管理組織等方面全面排查制約快速掘進因素，科學合理組織，補齊生產短板，實現高效生產、節約降耗。

③ 根據現場條件變化及時優化支護設計參數，落實差異化支護方案，靈活合理確定正規循環進尺，縮短支護工序時間，節約支護材料消耗。

（4）同類技術對比

現階段國內外礦井使用巖石掘進機進行遠程控制及高效快掘是礦井巖巷掘進的發展方向。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度，另一方面排查影響生產的各類因素，從工程管理、生產工藝、勞動組織等方面進行創新，提高生產系統生產力，創新生產管理模式，形成一套特有的施工管理方法，解決礦井采掘接續緊張現狀。

3.3 效益分析

（1）經濟效益

2021 年1 至8 月，-808 m 輔助回風石門巖巷遠程控制高效快掘共計掘進進尺1184 m。經計算，巷道實現高效快掘后延米單價降低約500 元/m，共計節約成本59.2 萬元。

（2）社會效益

-808 m 水平輔助進風石門剩余開拓長度1184 m，若采用傳統爆破法需用時22.6 個月，使用大功率全巖遠程控制掘進作業線施工用時8 個月，提前14.6 個月時間。

4 結論

大功率全巖遠程控制掘進作業線的遠程控制高效快掘已在郭屯煤礦-808 m 輔助回風石門成功應用，與傳統施工工藝相比，大大提高了巖巷單進和人均工效，并創出同類條件下巷道施工月進155 m的最好記錄。以往在同類巷道中使用爆破法施工，月平均進尺65 m，平均工效0.047 m/日/工，-808 m 輔助回風石門2021 年1 月開始施工，1～8 月平均進尺148 m，迎頭人數約55 人，平均工效0.15 m/日/工，掘進進尺平均提高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用大功率全巖遠程控制掘進作業線，同時需解決遇硬巖截割時截齒損耗較大等問題。