趙 鵬

(山東省三河口礦業(yè)有限責(zé)任公司)

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機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)在三河口煤礦的應(yīng)用

趙 鵬

(山東省三河口礦業(yè)有限責(zé)任公司)

為了提高掘進(jìn)效率，使礦井采掘關(guān)系更加合理，維持高效開采，根據(jù)三河口煤礦2403工作面下順槽工程地質(zhì)條件，采用機(jī)械化快速掘進(jìn)施工工藝，實(shí)施加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)及超前優(yōu)化施工，采用連續(xù)運(yùn)輸及錨網(wǎng)索支護(hù)，并優(yōu)化勞動(dòng)組織、工藝工序，有效提升了礦井掘進(jìn)單進(jìn)水平和勞動(dòng)效率，取得了良好效果。

機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù) 超前優(yōu)化施工 錨網(wǎng)索支護(hù) 平行作業(yè)

目前，我國煤礦建井技術(shù)總體上已經(jīng)處于世界先進(jìn)行列，但巷道的掘進(jìn)機(jī)械化與掘進(jìn)速度還處于明顯的落后狀態(tài)。近20 a來，巖巷掘進(jìn)技術(shù)的進(jìn)步與機(jī)械化水平的提高幅度仍較小，大多數(shù)煤礦仍采用相對(duì)落后的勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性低的氣動(dòng)鑿巖機(jī)打眼并放炮，耙斗裝巖機(jī)及人力出矸形式排矸。在工作面采煤技術(shù)快速提高的今天，相對(duì)發(fā)展緩慢的巷道施工技術(shù)已經(jīng)嚴(yán)重影響了我國煤礦安全高產(chǎn)以及礦井建設(shè)速度[1-2]。為此，不少專家和學(xué)者也對(duì)快速安全掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了研究，并取得了一定的成果。楊壯等[3]結(jié)合劉莊煤礦1305工作面回采巷道工程地質(zhì)條件，對(duì)大斷面煤巷綜掘錨桿支護(hù)快速掘進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，通過理論分析、數(shù)值模擬分析的方法，獲得了深井巷道支護(hù)工藝過程的粘彈性解析解以及應(yīng)力場的變化規(guī)律，并在工程實(shí)踐中獲得了應(yīng)用，取得了較好的效果。趙傳忠[4]采用合理的管理方式，通過優(yōu)化勞動(dòng)組合、生產(chǎn)工藝、業(yè)務(wù)流程、薪酬激勵(lì)機(jī)制，在全巖巷道大斷面施工中，應(yīng)用了機(jī)械化配套、中深孔光面爆破、快速施工作業(yè)線，在圍巖復(fù)雜、運(yùn)輸緊張的條件下，取得了月進(jìn)尺150 m的好成績。趙宏偉[5]分析了我國巖巷掘進(jìn)現(xiàn)狀，介紹了我國煤礦目前不同機(jī)械化作業(yè)的技術(shù)特點(diǎn)與現(xiàn)狀，并借鑒國外經(jīng)驗(yàn)提出了2種巖巷快速掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)線，并詳細(xì)闡述了2種作業(yè)線的優(yōu)缺點(diǎn)與使用條件。為進(jìn)一步研究工程實(shí)踐中巷道快速掘進(jìn)技術(shù)，本文對(duì)快速掘進(jìn)施工工藝技術(shù)進(jìn)行了深入分析，并通過應(yīng)用取得了良好的效果與效益。

1 掘進(jìn)工作面概況

三河口煤礦3上2403下順槽位于四采區(qū)東部，東部靠近紙房支一斷層(∠70°，H=28～100m)的保護(hù)煤柱、67-120斷層(∠70°，H=15 m)以及紙房斷層(∠70°，H=60～300 m)的保護(hù)煤柱及FX32斷層(∠70°,H=0～3m)，西部靠近3上2403上順槽待掘工作面和3上2402綜采工作面,南部靠近礦界保護(hù)煤柱，北部與3上2403皮帶機(jī)道相通。本巷道離采空區(qū)較遠(yuǎn)，煤巖層產(chǎn)狀較穩(wěn)定，煤巖層傾角為2°～12°，平均為4°左右，煤層厚2.4～4.2 m，平均為3.3 m，煤質(zhì)為氣煤。工作面設(shè)備配備見表1。

2 快速掘進(jìn)施工工藝

2.1 超前施工優(yōu)化

三河口煤礦為地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜礦井，巖巷和煤巷施工中經(jīng)常遇到斷層及構(gòu)造帶，不僅影響施工進(jìn)度，而且威脅安全生產(chǎn)。為此，在物探的基礎(chǔ)上，加大對(duì)可疑區(qū)段的鉆探力度。3上2403下順槽外側(cè)即為礦井東部邊界大斷層，受邊界斷層影響，巷道掘進(jìn)過程中伴生構(gòu)造較為發(fā)育。為了提前優(yōu)化巷道施工方案，避免掘進(jìn)過程中因地質(zhì)構(gòu)造影響造成的工程浪費(fèi)，在掘至物探可疑區(qū)域前，選用ZDY1900S型鉆機(jī)對(duì)待掘巷道周圍地質(zhì)構(gòu)造情況進(jìn)行探測，共布置鉆孔14個(gè)，鉆探長度800余m，探明斷層5條，并根據(jù)探明的斷層情況及時(shí)進(jìn)行地質(zhì)動(dòng)態(tài)分析，實(shí)現(xiàn)了巷道連續(xù)施工、方案超前優(yōu)化，杜絕了無效進(jìn)尺，提高了單進(jìn)水平。

2.2 運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化

在掘進(jìn)工序不變的條件下，實(shí)現(xiàn)工作面連續(xù)運(yùn)輸，可以大幅度提高掘進(jìn)速度。采用40t刮板輸送機(jī)跟迎頭、JSD-800型皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)，大大減輕了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，簡化了出煤程序，加快了出煤速度；在巖巷集中區(qū)域，采用JSD-800型皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)配合1 t 礦車聯(lián)合運(yùn)輸，將工作面矸石通過JDS-800型皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)出，在皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)末端設(shè)置可調(diào)節(jié)卸載點(diǎn)(即仿造皮帶刷煤裝置自行制作的上皮帶刷矸裝置)，實(shí)現(xiàn)煤、矸分裝，絞車運(yùn)輸改為皮帶機(jī)集中連續(xù)運(yùn)輸。不僅提高了單進(jìn)水平，而且減少了運(yùn)輸環(huán)節(jié)，確保了安全。

表1 工作面設(shè)備配備

2.3 掘進(jìn)工作面支護(hù)

采用錨桿緊跟迎頭的支護(hù)方式，前排錨桿距迎頭超過900 mm時(shí)及時(shí)安設(shè)錨桿。

頂板采用φ20 mm×2 400 mm等強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，間排距為900 mm×900 mm，每排5根。加強(qiáng)支護(hù)錨索為φ17.8 mm×5 300 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，排距為2 700 mm，每排1根。兩幫根據(jù)頂板排距各加一根φ12 mm×3 800 mm(或2 900 mm)的鋼筋拉筋，頂板鋼筋梯長4 000 mm。頂部金屬網(wǎng)采用10#鐵絲編制成菱形網(wǎng)，尺寸為4 500 mm×1 000 mm(長×寬)，網(wǎng)格為30 mm×30 mm。巷道非采面?zhèn)冗x用φ20 mm×2 400 mm等強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，采面?zhèn)冗x用φ20×2 400 mm的玻璃鋼樹脂錨桿，間排距為900 mm×900 mm，每排4根，根據(jù)巷道高度隨時(shí)調(diào)整。兩幫采用雙抗塑料網(wǎng)，尺寸為3 800 mm×1 000 mm(長×寬)或2 900 mm×1 000 mm(長×寬)，視兩幫高度而定，網(wǎng)格為30 mm×30 mm。

采用兩掘一錨，最大控頂距不得超過1.1 m，每循環(huán)進(jìn)尺900 mm。掘進(jìn)后，在前探梁掩護(hù)下進(jìn)行錨網(wǎng)索永久支護(hù)。迎頭距錨桿永久支護(hù)最大距離不得超過200 mm，錨索距迎頭最大距離不得超過 3.2 m。為了提高單進(jìn)水平，可根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件采取以下措施：頂部錨桿、金屬網(wǎng)支護(hù)緊跟工作面；幫部上部2根錨桿滯后迎頭距離不得超過2個(gè)排距，自上而下第三根錨桿滯后迎頭距離不得超過5個(gè)排距(當(dāng)兩幫側(cè)壓不大、變形量小、不片幫、底鼓量小時(shí)，不得超過10個(gè)排距)，最下部一根錨桿滯后迎頭距離不得超過20 m。

2.4 勞動(dòng)組織優(yōu)化

正確選用和確定勞動(dòng)組織形式、工種人數(shù)，配備足夠的施工力量，并重點(diǎn)考慮各工種與各工序之間精密銜接，實(shí)現(xiàn)多工序平行作業(yè)，這對(duì)施工速度和效率的提升至關(guān)重要。具體做法：①交接班、安全檢查、開工前準(zhǔn)備平行作業(yè)；②施工炮眼，定人定鉆,2部鉆同時(shí)施工；③爆破后，迎頭臨時(shí)支護(hù)與防塵灑水平行作業(yè)；④錨桿支護(hù)與排煤(矸)平行作業(yè)。采用“三八”制正規(guī)循環(huán)作業(yè)方式，掘進(jìn)8 h，約7.2 m后，停止掘進(jìn)，利用一個(gè)班進(jìn)行噴漿、檢修，掘進(jìn)班只負(fù)責(zé)掘進(jìn)、出煤(矸)、支護(hù)、設(shè)備維護(hù)等工作；檢修班與噴漿班合并，負(fù)責(zé)噴漿、整修、設(shè)備檢修、接電纜、管道敷設(shè)、電纜吊掛、軌道敷設(shè)等工作，工作面刮板輸送機(jī)及皮帶的移挪(80 m移挪一次)安排在檢修班內(nèi)進(jìn)行，同時(shí)兼顧質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)等工作。各工種分工明確、責(zé)任清晰、各司其職、相互配合，實(shí)現(xiàn)一次成巷。每班定員12人，正常情況下迎頭工出勤4～5人可滿足最大程度平行交叉作業(yè)，即打眼工、支護(hù)工4人，爆破工1人，后路輔助工根據(jù)需要暫定7人，除運(yùn)輸設(shè)備固定崗點(diǎn)外，后路拐車完畢后，絞車司機(jī)、信號(hào)工、把鉤工兼顧進(jìn)料、出煤(矸)，一崗多責(zé)，一人多崗。工種及人員分配見表2。

3 技術(shù)創(chuàng)新

通過調(diào)研，購入礦用隔爆型風(fēng)動(dòng)扳手，用于錨桿支護(hù)過程中緊固螺帽、托盤，與人工預(yù)緊相比，大大縮短了錨桿支護(hù)的總時(shí)間。與高校合作，通過技術(shù)手段監(jiān)測分析，對(duì)支護(hù)方式進(jìn)行了優(yōu)化，將φ20 mm×2 400 mm錨桿優(yōu)化為φ20 mm×2 000 mm錨桿，縮短了支護(hù)過程中的打眼時(shí)間。

4 結(jié) 語

通過針對(duì)性地質(zhì)探查，提前探明了工作面斷層分布情況，在斷層落差等于一個(gè)煤厚的位置，通過優(yōu)化巷道設(shè)計(jì)，提前將面內(nèi)斷層撇開，減少巷道掘進(jìn)90 m。按照以往的施工方法，掘進(jìn)工作面勞動(dòng)強(qiáng)度較大，出勤率約80%，單進(jìn)為125 m/月，設(shè)計(jì)巷道1 050 m，計(jì)劃8.4個(gè)月完成掘進(jìn)；采用機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)后，降低了掘進(jìn)工作面勞動(dòng)強(qiáng)度，出勤率保持在90%，單進(jìn)為165 m/月，比原計(jì)劃提前2個(gè)月完成掘進(jìn)任務(wù)，增加經(jīng)濟(jì)效益80余萬元。機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)在三河口煤礦成功應(yīng)用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。

表2 工種及人員分配 人

[1] 徐海東.淺談如何提高煤礦巖巷掘進(jìn)速度[J].中小企業(yè)管理與科技，2009(7):223.

[2] 李慶房.依靠科技 加強(qiáng)管理 實(shí)現(xiàn)安全快速掘進(jìn)[J].煤礦現(xiàn)代化，2008(3):94-95.

[3] 楊 壯.大斷面煤巷綜掘錨桿支護(hù)快速掘進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2008.

[4] 趙傳忠.巖巷大斷面快速掘進(jìn)的實(shí)施方法及效果[J].煤礦現(xiàn)代化，2008(4):14-15.

[5] 趙宏偉.我國煤礦巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2012(1):5-7.

2016-09-30)

趙 鵬(1988—)，男，主任工程師，助理工程師，277600 山東省濟(jì)寧市微山縣付村鎮(zhèn)。