煤礦自制掏槽機(jī)與人工掏槽在煤礦密閉施工過程中的應(yīng)用對比

尚利民 楊 君

（內(nèi)蒙古鄂爾多斯市東勝區(qū)煤炭局 神東煤炭集團(tuán)公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)國內(nèi)煤炭行業(yè)機(jī)械化配套程度顯著提高，機(jī)械配套的自動化、信息化水平有極大地提升，在煤礦主體生產(chǎn)線中得到了充分的體現(xiàn)，但由于礦井施工內(nèi)容繁多，除主體生產(chǎn)線以外，輔助生產(chǎn)的工作內(nèi)容和工作量也非常大，神東單個礦井每年施工的密閉數(shù)量在100個以上，如何提升掏槽效率是擺在開拓準(zhǔn)備中心乃至神東公司的一項重大課題，當(dāng)前國內(nèi)各礦井密閉施工掏槽仍采用人工操作風(fēng)鎬的方式進(jìn)行，導(dǎo)致掏槽作業(yè)效率低，且安全條件無法保障，神東開拓準(zhǔn)備中心自制了掏槽機(jī)，國內(nèi)首次采用機(jī)械掏槽作業(yè)取代人工掏槽作業(yè)，從根本上改變了掏槽的作業(yè)方式，很好地解決了傳統(tǒng)掏槽作業(yè)方式效率低、安全性差的弊端，進(jìn)一步提高了國內(nèi)礦井輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)機(jī)械化配套水平。

1 自制掏槽機(jī)與人工掏槽的工藝對比

煤礦密閉掏槽以往采用人工掏槽工藝，即人員操作手持式風(fēng)鎬進(jìn)行作業(yè)，2017年下半年神東開拓準(zhǔn)備中心自主研制了煤礦掏槽機(jī)，并將該機(jī)械投入神東錦界煤礦使用，完全取代以往的人工掏槽工藝，掏槽機(jī)主要由截割部、行走部、回轉(zhuǎn)平臺、設(shè)備操作平臺、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)組成[1-2]。

1.1 人工掏槽工藝

（1）密閉施工前首先標(biāo)定密閉位置，密閉位置除滿足設(shè)計要求外，同時還應(yīng)確保施工安全，在動壓影響小、圍巖穩(wěn)定、巷道規(guī)整的巷段內(nèi)施工，密閉外側(cè)離巷口的距離不超6m。密閉前5m內(nèi)巷道支護(hù)完好，無片幫、冒頂，無雜物、積水和淤泥，無瓦斯積聚。

（2）必須按設(shè)計規(guī)格掏槽，掛網(wǎng)巷道要破網(wǎng)后掏槽，巖石不要求掏槽，但必須將松動巖體刨除，堅硬巖體（堅硬巖石時刨出麻面）。掏槽之前要將周邊頂幫的網(wǎng)片、鋼帶剪斷，防止雜散電流導(dǎo)入封閉聯(lián)巷內(nèi)。

（3）掏槽作業(yè)時，必須至少有兩人同時作業(yè)，掏槽前及掏槽過程中，必須嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂制度，防止片幫、渣塊等砸傷人員、設(shè)備等。

（4）人工掏槽后頂板都要掛網(wǎng)片及“此處已掏槽，人員禁止停留”牌板，網(wǎng)片寬度要超過掏槽寬度，兩側(cè)用鐵絲與原有網(wǎng)片綁扎，綁扎間距不大于0.3m。

（5）掏槽位置處有錨桿等支護(hù)材料時，支護(hù)處200×200mm范圍內(nèi)不得掏槽，保證支護(hù)不受影響。

（6）采用人工掏槽，用風(fēng)鎬在砌筑密閉的聯(lián)巷兩幫、頂、底掏槽，幫槽深度0.5m、頂槽深度0.3m、底槽深度0.2m。

1.2 自制掏槽機(jī)工藝

（1）施工人員必須經(jīng)培訓(xùn)合格后持證上崗，且作業(yè)過程中嚴(yán)格執(zhí)行掏槽機(jī)操作規(guī)程。

（2）使用掏槽機(jī)掏槽時，一般情況下，應(yīng)從煤壁下部開始截割，首先掏底槽。掏半煤巖時，應(yīng)先掏煤體再掏巖體，即按先軟后硬的程序。

（3）使用掏槽機(jī)掏槽時，對于硬巖（煤）采取由上而下的截割順序。

（4）使用掏槽機(jī)掏槽時，對于破碎頂板，應(yīng)采取留頂板煤，先掏兩幫，最后掏頂?shù)姆椒ā?/p>

（5）掏槽位置處有錨桿等支護(hù)材料時，頂部支護(hù)處200×200mm范圍內(nèi)不得掏槽，保證支護(hù)不受影響，幫部支護(hù)處錨桿按報廢處理。

（6）掏槽結(jié)束及人工掏槽后頂板都要掛網(wǎng)片及“此處已掏槽、人員禁止停留”的安全警示牌板。網(wǎng)片寬度要超過掏槽寬度，如網(wǎng)片寬度不足，則需要補(bǔ)搭網(wǎng)片，則網(wǎng)片間按不大于0.2m一道綁扎牢靠后，兩側(cè)再用鐵絲與原有網(wǎng)片綁扎，綁扎間距不大于0.3m。

（7）截割工藝與流程。為了減少掏槽機(jī)的載荷，提高生產(chǎn)能力，一般先截割煤壁下部。正確的截割順序：截割半煤巖時，應(yīng)先截割煤體再截割巖體，既按先軟后硬的程序；對于較均勻的中硬煤層，應(yīng)先割柱窩，掏底槽，由下向上橫向截割；對于硬巖（煤），采取由上而下的截割順序。

2 自制掏槽機(jī)與人工掏槽的安全保障對比

2.1 人工掏槽在安全方面的優(yōu)勢及劣勢

2.1.1 人工掏槽在安全方面的優(yōu)勢

（1）人工掏槽作業(yè)設(shè)備簡單，作業(yè)工具為風(fēng)鎬及配套風(fēng)管，現(xiàn)場無大型設(shè)備和移動機(jī)械，因此避免了大型機(jī)械傷人的可能性。

（2）基于上述原因，人工掏槽長距離轉(zhuǎn)移工作地點(diǎn)時不需要大型輔助車輛，避免了輔助運(yùn)輸事故發(fā)生的風(fēng)險。

2.1.2 人工掏槽在安全方面的劣勢

（1）人工掏槽，由于風(fēng)鎬由人員手持作業(yè)，所以破巖點(diǎn)距離操作人員不足1m，且操作人員在手持風(fēng)鎬的情況下，限制其快速躲閃掉落碎渣的能力，因此碎渣掉落砸傷人員的可能性極大。

（2）人員手持風(fēng)鎬或在抬升風(fēng)鎬過程中，由于G20型風(fēng)鎬重達(dá)20kg，且風(fēng)鎬持續(xù)進(jìn)行沖擊震動，風(fēng)鎬易發(fā)生滑落砸傷操作人員或下方作業(yè)人員。

（3）人工掏槽，由于巷道高度通常為3.5～4m，頂槽及幫槽的中部和頂部通常需要搭設(shè)腳手架進(jìn)行登高作業(yè)，登高作業(yè)增加了作業(yè)的危險性。

（4）人工掏槽，由于人員距采空區(qū)較近，采空區(qū)低氧或有毒有害氣體溢出發(fā)生人員窒息的可能性增大。

（5）人工掏槽方式，由于作業(yè)效率低，通常安排3-4人同時操作風(fēng)鎬施工同一槽體，同一地點(diǎn)多人平行作業(yè)增加了員工互保、聯(lián)保的難度。

2.2 自制掏槽機(jī)掏槽在安全方面的優(yōu)勢及劣勢

2.2.1 自制掏槽機(jī)掏槽在安全方面的優(yōu)勢

（1）由于掏槽機(jī)整體類似于一小型綜掘機(jī)，人員在駕駛室內(nèi)操作，由于有截割懸臂，破巖點(diǎn)與操作人員通?？杀３?.5m以上的距離，且人員在駕駛室的封閉型護(hù)罩的保護(hù)下操作，完全杜絕了碎渣掉落傷人的可能性。

（2）采用自制掏槽機(jī)，由于人員在駕駛室內(nèi)控制液壓閥組，全部掏槽動作均由懸臂帶動截割頭進(jìn)行，操作人員在駕駛室就可以任意控制截割頭，實(shí)現(xiàn)截割頭的抬升與移動。因此操作人員全程在駕駛室內(nèi)，完全避免了傳統(tǒng)登高作業(yè)的風(fēng)險。

（3）基于上述原因，采用自制掏槽機(jī)人員距離采空區(qū)側(cè)較遠(yuǎn)，進(jìn)一步降低了采空區(qū)低氧或有毒有害氣體溢出造成人員窒息的可能性。

（4）采用自制掏槽機(jī)作業(yè)由于現(xiàn)場除掏槽機(jī)司機(jī)外，在與掏槽機(jī)保持安全距離處留設(shè)一人看護(hù)掏槽機(jī)電纜，防止機(jī)械壓損電纜，所以該作業(yè)方式將現(xiàn)場作業(yè)地點(diǎn)人數(shù)由3人減少至1人，提升了現(xiàn)場安全作業(yè)的條件。

2.2.2 自制掏槽機(jī)掏槽在安全方面的劣勢

（1）自制掏槽機(jī)由于重量達(dá)3.2t，履帶行走方式不適合長距離轉(zhuǎn)移工作面，因此需要配套大型輔助運(yùn)輸車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)移，增加了輔助運(yùn)輸可能導(dǎo)致事故發(fā)生的環(huán)節(jié)。

（2）自制掏槽機(jī)屬于專業(yè)機(jī)械設(shè)備，需要對作業(yè)人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，使其對機(jī)械原理和液壓原理有較清晰的認(rèn)識，人員誤操作可能導(dǎo)致人員的傷害或設(shè)備的損壞。

3 自制掏槽機(jī)與人工掏槽的效率及效益的對比

神東開拓準(zhǔn)備中心自制掏槽機(jī)自投入神東錦界煤礦使用14個月來，總計完成密閉142道，每道密閉由1組槽體組成，即0.5m寬及1.75m寬槽體各一個[3-5]，對比傳統(tǒng)人工掏槽具體效率及效益如下。

3.1 效率提升的對比

人工掏槽作業(yè)方式，作業(yè)強(qiáng)度極大，作業(yè)人員整班處于持力狀態(tài)，每組槽體需要施工3個班次，每班4人，共計12個人工。使用自制掏槽機(jī)，操作人員只需操作機(jī)械閥把手，極大程度地降低了員工的勞動強(qiáng)度，同時每組槽體只需2人，2個班次即可完成，共計4個人工。使用自制掏槽機(jī)使得作業(yè)效率提升了50%，人工功效提升了2倍。

3.2 效益提升的對比

使用自制掏槽機(jī)后較人工掏槽，每組槽體的掏槽人工成本由5040元降低到1680元，降低了3360元，見下表。神東錦界煤礦全年施工120組聯(lián)巷槽體，全年共計節(jié)省人工成本403200元。

表 自制掏槽機(jī)與人工掏槽的效率及效益的對比Tab. Effciency and benefits of self-made digging machine and artificial digging operation

4 結(jié)論

通過自制掏槽機(jī)掏槽與傳統(tǒng)人工掏槽的對比，表明：

（1）施工工藝方面。自制掏槽機(jī)類似于小型綜掘機(jī)，以機(jī)械截割掏槽方式取代了人工掏槽，且對現(xiàn)場的適應(yīng)性較強(qiáng)。

（2）安全保障方面。自制掏槽機(jī)操作人員在駕駛室內(nèi)作業(yè)，避免了碎塊砸傷人員的風(fēng)險，同時避免了傳統(tǒng)人工掏槽登高作業(yè)的風(fēng)險，并且將現(xiàn)場作業(yè)人員由3人減少為1人，很大程度地提升了現(xiàn)場安全條件。

（3）效率、效益方面。自制掏槽機(jī)施工效率較傳統(tǒng)人工掏槽提升了50%，將人工功效提升了2倍；將一組槽體的施工成本由5040元降低至1680元。

自制掏槽機(jī)雖具有以上明顯優(yōu)勢，但由于該機(jī)械屬新研發(fā)設(shè)備，在使用過程中也存在臥底量不足、主體鉸接部位強(qiáng)度弱等問題，因此設(shè)備的結(jié)構(gòu)還需要進(jìn)一步優(yōu)化，才能最大程度地發(fā)揮出該設(shè)備的效能。總體而言，自制掏槽機(jī)為神東錦界煤礦帶來了巨大的效益，摒棄了傳統(tǒng)掏槽方式，對煤礦密閉工程的施工乃至作為微型掘進(jìn)機(jī)對其他礦務(wù)工程的施工具有很好的借鑒和推廣價值。