全斷面硬巖巷道掘進技術(shù)應(yīng)用研究

張鳳芹 譚安奎 陳永勇 紀紅兵 余曦

摘 ?要：針對打通一煤礦瓦斯抽采巷道斷面小、斷面圍巖硬度大、機械化程度小的問題;通過對全斷面硬巖掘進設(shè)備選型、設(shè)備特點和排矸工藝等應(yīng)用分析。現(xiàn)場的生產(chǎn)試驗應(yīng)用證明，硬巖全斷面掘進技術(shù)打破沿用已久的鉆爆施工技術(shù)工藝，實現(xiàn)巷道一次成形、排矸連續(xù)化以及設(shè)備遠程控制，減少施工安全威脅、提高煤礦小斷面全巖巷道掘進機械化水平及單進水平，巷道每米掘進成本降低253元;可以為類似礦井提供借鑒。

關(guān)鍵詞：硬巖巷道;掘進技術(shù);設(shè)備選型

中圖分類號：TD263 ? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）18-0152-02

Abstract： In view of the problems of small cross section， large hardness of surrounding rock and small degree of mechanization of gas drainage roadway in No. 1 Coal Mine， this paper analyzes the application of full section hard rock driving equipment selection， equipment characteristics and gangue discharge technology. The field production test shows that the hard rock full section excavation technology breaks the drilling and blasting construction technology which has been used for a long time， and realizes the primary forming of roadway， the continuity of gangue discharge and the remote control of equipment. Reducing the threat of construction safety， improving the mechanization level and single entry level of small cross-section whole rock roadway in coal mine， the tunneling cost of roadway is reduced by RMB 253 per meter， which can be used as a reference for similar mines.

Keywords： hard rock roadway; tunneling technology; equipment selection

引言

打通一煤礦屬于煤與瓦斯突出礦井，在進入煤層采掘活動前;通常采用底抽巷對瓦斯進行抽采，在煤層下部的巖石中施工小斷面瓦斯抽采巷道，采用穿層鉆孔進行瓦斯抽采，抽采達標后才允許進行煤層的采掘生產(chǎn)。為了保證采掘生產(chǎn)的正常接續(xù)，瓦斯巷的掘進必須超前采煤工作面3年以上，瓦斯治理越充分，采掘生產(chǎn)時的瓦斯安全隱患越小。目前，煤礦井下全巖巷道掘進多采用的是鉆爆掘進工藝，掘進效率低，用人多，勞動強度大，嚴重制約了礦井生產(chǎn)部署的問題。

針對以上的問題，重慶能投集團與遼寧通用公司共同研發(fā)了直徑2.8米的小斷面硬巖掘進機，通過現(xiàn)場實踐應(yīng)用，實現(xiàn)硬巖全斷面機械化掘進、連續(xù)化排矸及遠程控制;取得了良好的效果。

1 瓦斯巷掘進情況

瓦斯巷掘進層位為茅口灰?guī)r，巖性為灰至深灰色，厚層塊狀，致密堅硬，巖石硬度系數(shù)f=8～10，具有方解石石脈，節(jié)理、裂隙、巖溶發(fā)育，局部含有瓦斯。

采用傳統(tǒng)鉆爆法施工，每年瓦斯巷掘進不少于4000米，矸石裝運采用P-60B型耙斗裝巖機進行裝矸，JD-4型運輸絞車配合KC2-6型單側(cè)曲軌側(cè)卸式礦車進行運矸，掘進勞動強度大、生產(chǎn)運輸環(huán)節(jié)復(fù)雜、安全威脅大、人均效率低，每月平均進度為120米。

2 全斷面掘進機設(shè)備選型

EQH2800型全斷面掘進機是遼寧通用重型機械股份有限公司與重慶市能源投資集團根據(jù)打通一煤礦井下地質(zhì)條件共同研制的，專門為煤礦井下巖石巷道的掘進而設(shè)計。該掘進機借鑒了TBM（硬巖盾構(gòu)）在工程隧道中應(yīng)用的經(jīng)驗，適用于巖石單軸抗壓強度50～150MPa、巖石整體性較好、有一定自穩(wěn)性的圍巖巖巷掘進。

（1）EQH2800型全斷面掘進機的結(jié)構(gòu)

EQH2800型全斷面掘進機是一個集機、電、液、光、計算機、自動化、信息化為一體的大型、高效的復(fù)雜機械，是集掘進、出渣、導(dǎo)向、支護成洞、通風(fēng)除塵、保護等多功能一體的高效巷道施工機械，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（2）EQH2800型全斷面掘進機的技術(shù)特征

該掘進機主要用于煤礦井下的巖石巷道掘進，也可用于其他非煤礦巖石巷道掘進。通過第二運輸機可與自卸車、梭車、皮帶運輸機等配套，實現(xiàn)掘進、運輸連續(xù)作業(yè)。截割斷面直徑達2.8m，截割硬度50～150MPa，最小轉(zhuǎn)彎半徑180m。

3 全斷面掘進機后配套連續(xù)排矸系統(tǒng)

根據(jù)全斷面掘進機施工工藝研究，掘進機施工過程中需要大量的水對設(shè)備、刀盤等進行冷卻以及降塵，故掘進機排除的矸石中水量較大無法直接進入礦井的矸倉，經(jīng)過工業(yè)試驗并結(jié)合礦井的實際情況。礦井選擇施工膠帶輸送機排矸。排矸系統(tǒng)：由定制特殊膠帶輸送機（膠帶寬度為400mm）、渣漿分離、螺旋輸送、泥漿壓濾等組成的排矸系統(tǒng)。

掘進產(chǎn)生的矸石、水混合物經(jīng)全斷面掘進機的第一運輸機落在二運膠帶輸送機上，二運膠帶輸送機機頭安裝在三運皮帶機尾行走架上（可在一定范圍內(nèi)移動，減少延皮帶的次數(shù)），三運皮帶機頭處安裝1臺螺旋輸送機，在螺旋輸送機落料口后方加工一些小孔（孔徑小于30mm），三運膠帶輸送機運出的水、矸、泥漿通過螺旋輸送機進行一次分離，即水、泥漿和直徑小于30mm的矸子進入RMT150B型泥漿凈化裝置進行渣漿分離，直徑大于30mm的矸石直接經(jīng)過螺旋輸送機落料口落到電滾筒轉(zhuǎn)載皮帶機裝入側(cè)卸式礦車;泥漿凈化裝置分離出來的干料經(jīng)電滾筒轉(zhuǎn)載皮帶機裝入側(cè)卸式礦車，分離出來的水自流進入不同泥漿池;在泥漿池中沉淀后，上層的清水進入清水池、再經(jīng)過水溝流入水倉，下層的泥漿用渣漿泵打入壓濾機，把泥漿壓成泥餅裝入礦車運出，壓濾出的水通過管道自流入水溝進入水倉。

4 控制系統(tǒng)原理

控制系統(tǒng)主要包括電控系統(tǒng)和遠程控制系統(tǒng)。

電控系統(tǒng)包括電控箱、操作室、遙控發(fā)射機、遙控接收機、工控機、各電液比例換向閥、各電液比例溢流閥、各傳感器等組成。整機、超前鉆機、錨桿鉆機均遙控操作。各執(zhí)行元件的動作狀態(tài)、工況參數(shù)均可在顯示屏上通過界面實時顯示。各種模擬信號均通過開關(guān)、信號燈、顏色、百分比、填充等手段實時生動地表示出來，時實顯示工藝參數(shù)。

可按特定的周期采集數(shù)據(jù)，并予以保留;保留范圍為100天，并可按運行人員選擇的顯示間隔和區(qū)間顯示趨勢曲線，便于選取最佳工藝參數(shù)。

遠控系統(tǒng)可實現(xiàn)遠距離操作，操作距離1000米;通過光纖通訊加無線通訊實現(xiàn)遠距離控制。

5 工業(yè)試驗效果及效益分析

根據(jù)井下實際生產(chǎn)情況對全斷面掘進機后配套排矸系統(tǒng)進行優(yōu)化后，提升了全斷面掘進機的生產(chǎn)效率，對S301瓦斯巷采用全斷面掘進機一個月施工420米。

（1）經(jīng)濟效益

鉆爆法掘進瓦斯巷：炸藥按7.3元/公斤，雷管按1.8元/發(fā)，一槽炮所需36公斤炸藥、雷管44發(fā)，進尺為1米，所以每米炸藥消耗量為36千克/米，每米雷管消耗44發(fā)/米，每米炸藥耗材費262.8元、雷管耗材費79.2元，炸藥、雷管合計耗材費為342元。循環(huán)進度為1米，每班2個循環(huán)，每天6個循環(huán)，月正規(guī)循環(huán)率為80%，工效：6*0.8/27=0.18米/工，人均工資200元/天計算，人工成本：（1/0.18）×200=1111元/米，掘進總成本約1453元/米。

機掘瓦斯巷：全巖掘進機及配套設(shè)備按2300萬元總值進行測算，根據(jù)《煤炭建設(shè)項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)》（2009版）相關(guān)規(guī)定，掘進工作面折舊費用以設(shè)備及安裝工程的固定資產(chǎn)原值為基數(shù)按年限進行提取，綜采綜掘設(shè)備折舊年限為8年，一般采掘設(shè)備折舊年限為10年，所以折舊年限按8年計算，折舊費為8000元/天，1個月掘進420米，日掘進為14米，約570元/米。按人均工資250元計算，工效為0.42米/工，人工成本約600元/米。全巖掘進機掘進主要耗材在油脂，滾刀上，據(jù)我礦實際油脂耗費在15元/米，滾刀耗費在10元/米（我礦遇地質(zhì)構(gòu)造，推進結(jié)束實際更換一把邊刀，若按250米全部更換約150元/米）。我礦實際全巖掘進機掘進成本約1200元/米（按250米全部更換，約1340元/米）。全巖掘進機掘進成本比鉆爆成本低253元/米，大大降低了生產(chǎn)成本。

（2）安全效益

全巖掘進機施工，有護盾保護，巷道成形好，頂板更穩(wěn)定，改善了作業(yè)人員的洞內(nèi)勞動條件，有效了保護了作業(yè)人員的安全。全巖掘進機施工，避免了爆破施工可能造成的人員傷亡，事故率大大降低。全巖掘進機施工，降低了工作人員勞動強度，提高現(xiàn)場施工安全性。

6 結(jié)束語

通過打通一煤礦井下S301瓦斯巷掘進現(xiàn)場應(yīng)用分析，對設(shè)備、工藝進行了大量改進、完善?，F(xiàn)場的實際應(yīng)用表明，硬巖全斷面掘進技術(shù)比傳統(tǒng)的鉆爆施工技術(shù)施工效率高，工人勞動強度低、工作面粉塵濃度低、巷道斷面成型好、頂板穩(wěn)定、每月掘進進度不低于400米、每米掘進成本降低253元;實現(xiàn)小斷面全巖巷道一次成形、連續(xù)排矸以及遠程操作，減少施工安全威脅、提高小斷面全巖巷道掘進機械化水平及單進水平;可以為類似礦井提供借鑒。

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