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      王家?guī)X礦快掘成套裝備小半徑直角轉(zhuǎn)彎施工切眼實踐研究

      2022-09-15 03:13:16秦奎元姚杰龍
      中國設備工程 2022年17期
      關鍵詞:錨機拐彎直角

      秦奎元,姚杰龍

      (中煤華晉集團有限公司王家?guī)X煤礦,山西 運城 043300)

      王家?guī)X礦隸屬中煤華晉集團有限公司,屬中央企業(yè)。設計生產(chǎn)能力為750萬噸/年。井田位于山西省鄉(xiāng)寧縣和河津市境內(nèi),面積約119.7km2,地質(zhì)儲量為15.479億噸,可采儲量為7.776億噸。主要可采煤層為2#、3#、10#煤層,現(xiàn)開采煤層主要為2#煤。煤種為中灰、低硫、特低磷的優(yōu)質(zhì)瘦煤、貧瘦煤,是極好的煉焦配煤。礦井服務年限為92.6年,其中2#煤層的服務年限為56.8年。礦井通風方式為中央分列式,通風系統(tǒng)為三進一回,相對瓦斯涌出量為1.62m3/t,絕對瓦斯涌出量為19.09m3/min,回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為7.46m3/min,為高瓦斯礦井。煤層自燃等級為Ⅲ類,自燃傾向性為不易自燃,煤塵具有爆炸性。

      2021年4月,中煤華晉集團有限公司購置了由中國鐵建重工生產(chǎn)的EJM270/4-2型快速掘進成套裝備,經(jīng)過半年的人機磨合,快掘裝備在我礦順槽掘進方面取得了單日進尺27排(24.3m),月進尺500m的較好成績,但在順槽掘進到位后,如何使用快掘裝備拐切眼掘進,一直是困擾廠家設備推廣和現(xiàn)場使用的難題。由于快掘成套裝備由1#掘錨一體機、2#液壓錨桿鉆車和橋式轉(zhuǎn)載機三臺設備組成,設備總長60m,最大寬度5.0m,最低高度2.7m,拐彎半徑在15m左右,順槽拐切眼時會在交叉口形成大面積空頂,給安全生產(chǎn)帶來隱患。由于我礦頂板條件限制,大半徑直角拐彎在我礦不能采用,為此需實現(xiàn)快掘裝備小跨度直角拐彎施工切眼。

      表1 快速掘錨成套裝備主要技術參數(shù)

      1 工程概況

      (1)工作面概況。12304切眼對應地面標高為+992.2~+982mm,底板標高為+636~+645m,12304切眼井下位于123盤區(qū)東部,東臨新G209國道保護煤柱,西臨12304工作面待采區(qū),南臨12302工作面,北臨設計的12306工作面。切眼沿2#煤層底板掘進,2#煤層厚層狀,結(jié)構(gòu)復雜,含2~3層炭質(zhì)泥巖、粉砂巖夾矸,煤體結(jié)構(gòu)為原生結(jié)構(gòu)。煤層傾角1°~3°,平均2°,容重1.44t/m3,工作面設計長度300m。

      (2)巷道斷面設計。切眼設計為矩形斷面,采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護方式,掘?qū)挕辆蚋?9×3.4m,掘斷面積30.6m2。沿煤層底板掘進,留頂煤作業(yè)。采用二次成巷施工,此次施工斷面規(guī)格為:掘?qū)挕辆蚋?5.6×3.4m,掘斷面積19.04m2。

      2 施工工藝及方法

      掘錨一體機小半徑直角拐彎采用分機式逐步拐彎。

      2.1 1#機拐彎進切眼施工工藝

      順槽施工到位后,退機12m至抹角位置,從抹角起點沿巷道底板進行掏槽,長2.7m、深1m、高1.5m,使截割滾筒及鏟板部分進入煤壁,最大限度調(diào)整掘錨機機身角度(18°),利用掘錨一體機自身滾筒斜切進刀截割并支護,完成拐彎第一步施工。

      圖1 1#機首次調(diào)機與截割示意圖

      掘錨機退回抹角起點位置,截割滾筒緊貼刷擴幫,在原地進行調(diào)機,利用掘錨一體機自身滾筒斜切進刀2m調(diào)一次機的方法(共6次),將掘錨機機身從18°調(diào)整到90°,完成拐彎第二步施工,完成1#機的直角拐彎。

      圖2 1#機拐彎調(diào)機與截割方法

      掘錨機拐彎期間充分利用掘錨機擺動機尾(30°)的特性,產(chǎn)生的煤矸通過掘錨機自帶的刮板輸送機進入錨桿臺車受料斗,經(jīng)橋式轉(zhuǎn)載機進入膠帶巷帶式輸送機。

      2.2 2#機拐彎進切眼施工工藝

      1#機拐彎進切眼后,沿切眼內(nèi)的激光偏中線向前掘進,切眼掘進19m后,1#、2#機轉(zhuǎn)載點無法搭接時,將錨桿臺車沿膠帶巷布置,其中錨桿臺車橋式轉(zhuǎn)載機與膠帶巷帶式輸送機機尾搭接,在錨桿臺車和掘錨機之間敷設一部SGB-630/150刮板輸送機,刮板輸送機機頭與錨桿臺車收料斗搭接形成運煤系統(tǒng)。

      圖3 1#機拐彎掘進期間設備布置

      圖4 1#機拐彎后切眼掘進19-80米段設備布置

      切眼掘進80m后(具備帶式輸送機敷設距離),拆除2#機后配套的橋式轉(zhuǎn)載機和切眼內(nèi)刮板輸送機,把2#機單機開進切眼,完成2#機的直角拐彎。

      2.3 快掘裝備聯(lián)機前施工工藝

      1#進入切眼后,1#、2#機轉(zhuǎn)載點無法搭接時,將錨桿臺車沿膠帶巷布置,其中錨桿臺車橋式轉(zhuǎn)載機與膠帶巷帶式輸送機機尾搭接,在錨桿臺車和掘錨機之間敷設一部SGB-630/150刮板輸送機,刮板輸送機機頭與錨桿臺車收料斗搭接,形成1#機→刮板輸送機→2#機→皮帶的完整運輸系統(tǒng);通過1#機截割、支護配合人工接溜槽延長SGB-630/150刮板輸送機的工藝,繼續(xù)掘進80m達到安裝膠帶輸送機長度時,拆除1#機機身后刮板輸送機,在切眼內(nèi)安裝一部DSJ-100/120/200膠帶輸送機,并將快掘裝備配套的橋式轉(zhuǎn)載機跨在膠帶輸送機機尾跑道上,恢復轉(zhuǎn)載機和2#機的連接。此時,快掘成套裝備全部進入切眼完成了快掘設備直角拐彎的全部工藝。設備都到位后,完善快掘裝備的通訊線纜、冷卻噴霧、聯(lián)機調(diào)試,達到設備技術要求,完成正常的全工序掘進施工作業(yè)。

      2.4 大斷面三角區(qū)加強支護措施

      圖5 1#、2#機拐彎后掘錨一體機全工序作業(yè)設備布置

      圖6 掘錨一體機拐彎施工岔口支護

      由于順槽與切眼交叉口以及拐彎三角區(qū)頂板暴露面積大,為此我們在原有錨索支護的基礎上,補打錨索加強支護,對岔口區(qū)域順槽巷道進行加強支護,頂部錨索4-4布置,間排距為1150×1800mm,錨索規(guī)格為φ21.6×8250mm高強度低松弛預應力鋼絞線,同時在原之后的基礎上頂部每根錨桿增加1塊鋼護板(450×280×5mm)。切眼開口前,提前采用φ21.6×8250mm錨索配合異形鋼板梁距幫300mm處打設鎖口梁,錨索間距1150mm。切眼拐彎期間頂部采用φ22×2200mm錨桿,間排距為900mm,每根錨桿配套使用1塊鋼護板(450×280×5mm),頂板網(wǎng)片采用φ5mm鋼筋網(wǎng),錨索采用φ21.6×8250mm錨索配合異形鋼板梁,錨索間排距為1150×1800mm。

      3 技術、經(jīng)濟效益分析

      (1)切眼拐彎設計頂板跨度14m,本次使用掘錨一體機進行切眼拐彎,實際頂板跨度為11.6m,完成了小跨度直角拐彎,提高了頂板管理安全系數(shù)。

      (2)利用掘錨一體機自帶刮板輸送機擺動機尾的優(yōu)勢,在切眼開口拐彎期間產(chǎn)生的煤矸通過錨桿臺車經(jīng)配套的橋式轉(zhuǎn)載機進入膠帶巷帶式輸送機,完成煤矸連續(xù)運輸,杜絕了以往綜掘機拐彎期間,使用鏟車出煤造成施工現(xiàn)場混亂、人車交叉作業(yè)、巷道內(nèi)車輛尾氣超限等問題。

      (3)掘錨一體機直角拐彎與綜掘機相比,綜掘機前19m施工用時4天,掘錨一體機前19m施工用時2.5天,相比綜掘機施工工期提前1.5天,施工效率明顯提高。

      (4)掘錨一體機拐彎期間產(chǎn)生的煤矸為連續(xù)運輸,相比綜掘機非連續(xù)運輸,現(xiàn)場文明衛(wèi)生明顯提高,大大降低了勞動強度,在提高效率出同時能夠極大的改善現(xiàn)場作業(yè)環(huán)。

      (5)通過人機配合,提高了拐彎巷道的成型質(zhì)量。

      (6)為掘錨一體快掘成套裝備的推廣起到積極作用。

      圖7 設備生產(chǎn)廠家提供切眼施工方案

      4 結(jié)語

      (1)王家?guī)X煤礦采用掘錨一體機小半徑直角拐彎施工切眼,巷道成型好,掘進速度快,達到掘錨一體,使頂板暴露時間短,保持了頂板完整性,支護效果較好,減少后期回采面接替時間段對巷道的維護,工程質(zhì)量得到保障。

      (2)本次掘錨一體機小半徑直角拐彎的成功,對探討和改進切眼施工新工藝、新技術,找出一條更加合理的施工方案,為我礦今后其他切眼施以順槽巷道施工調(diào)車硐室提供了科學依據(jù)。

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