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        巷道修復(fù)機(jī)在趙莊煤礦井下水倉開挖中的應(yīng)用

        2018-08-03 08:11:58李旭濤郭建衛(wèi)
        關(guān)鍵詞:水倉刮板錨索

        李旭濤,郭建衛(wèi),史 超

        (中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司,陜西 西安 710077)

        井下水倉是防止煤礦水災(zāi)確保煤礦安全生產(chǎn)的重要設(shè)施,用于礦井水外排的緩沖存儲,暫時(shí)容納礦井在開采過程中所出現(xiàn)的涌水和工程用水,防止排水設(shè)備發(fā)生故障或突然大量涌水時(shí)發(fā)生水災(zāi),同時(shí)還能夠沉淀水中的固體顆粒,凈化水質(zhì)[1-2]。但是,煤礦水倉開挖卻一直是礦山的一大難題,以往人工開挖既費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低下,而且易引起片幫等不安全因素。隨著礦井機(jī)械化水平的不斷提高,用高效的機(jī)械裝備開挖井下水倉是煤礦發(fā)展的必然趨勢。

        1 巷道地質(zhì)條件

        晉煤集團(tuán)趙莊煤礦3號煤煤層平均厚度4.5m,傾角5°~10°,采深400~500m。煤層直接頂以砂質(zhì)泥巖和粉砂質(zhì)泥巖為主[3],厚度2.3m,強(qiáng)度主要集中在26.4~35.2MPa之間,單軸抗壓強(qiáng)度較小?;卷敒榧?xì)粒砂巖,厚度4m,堅(jiān)硬,單軸抗壓強(qiáng)度73.2MPa。煤層直接底為黑色泥巖,薄層狀,水平層理發(fā)育,其下是砂巖,中厚層狀,具有水平層理[4],具體地質(zhì)情況見表1。

        根據(jù)礦方生產(chǎn)要求,修復(fù)機(jī)水倉開挖施工在3號煤北輔運(yùn)七橫川內(nèi)進(jìn)行,該巷道為矩形斷面,高度4250mm,寬度4800mm,巷道斷面20.4m2,巷幫掛設(shè)有動(dòng)力電纜,巷道左側(cè)地面鋪設(shè)刮板輸送機(jī)。水倉要求開挖長×寬×高=30m×4.8m×3.2m,為防止出現(xiàn)安全事故,要求邊開挖邊采用錨網(wǎng)鎖具支護(hù)。

        表1 3號煤頂?shù)装宓刭|(zhì)情況

        2 修復(fù)機(jī)簡介

        修復(fù)機(jī)是一種集鑿、挖、運(yùn)、裝于一體的煤礦巷道修復(fù)治理施工設(shè)備,具有機(jī)身窄、解體性好、集成度高、技術(shù)性能先進(jìn)、工藝適應(yīng)性強(qiáng)、移動(dòng)搬遷方便等優(yōu)點(diǎn),并且液壓系統(tǒng)采用LUDV(負(fù)載獨(dú)立流量分配)控制系統(tǒng),可保障多工作機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng),操作靈活方便,主要用于巷道修復(fù)施工[5-6],并且,修復(fù)機(jī)改變了國內(nèi)巷修設(shè)備在工作過程中反復(fù)更換挖斗和破碎錘以及在施工過程中多臺設(shè)備互換工序等造成效率低下的問題。

        圖1 修復(fù)機(jī)結(jié)構(gòu)示意

        修復(fù)機(jī)外形結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要由液壓系統(tǒng)、運(yùn)渣裝置、行走機(jī)構(gòu)、操作室和工作機(jī)構(gòu)組成[7],具體技術(shù)參數(shù)見表2。

        表2 修復(fù)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

        2.1 液壓系統(tǒng)

        液壓系統(tǒng)是修復(fù)機(jī)的動(dòng)力源,由電動(dòng)機(jī)、串泵組、油箱、冷卻器等組成。具有交叉?zhèn)鞲泻愎β士刂品绞?,能感知壓力的變?自動(dòng)調(diào)節(jié)相應(yīng)泵排量,具有抗流量飽和特性,確保各執(zhí)行機(jī)構(gòu)按比例動(dòng)作,系統(tǒng)穩(wěn)定,節(jié)能性好,功率損耗低,發(fā)熱量小。

        2.2 運(yùn)渣裝置

        運(yùn)渣裝置包括:一運(yùn)刮板運(yùn)輸裝置和二運(yùn)膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)。一運(yùn)刮板運(yùn)輸裝置由運(yùn)輸槽、調(diào)角油缸、刮板鏈條及液壓馬達(dá)組成[8]。二運(yùn)膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)主要由連接機(jī)架、托輥、滾筒、張緊機(jī)構(gòu)、礦用阻燃膠帶及液壓馬達(dá)組成,具有結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、運(yùn)矸平穩(wěn)、調(diào)角范圍廣等特點(diǎn)。

        2.3 行走機(jī)構(gòu)

        行走機(jī)構(gòu)采用接地比壓小、適應(yīng)性強(qiáng)、方便靈活、使得整機(jī)爬坡、轉(zhuǎn)彎、行走方便靈活的鋼制履帶行走式底盤。

        2.4 操作室

        操作室根據(jù)人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì),操作舒適,保護(hù)操作人員的作業(yè)安全。采用液壓先導(dǎo)控制技術(shù),操作靈活簡便,有效減小液壓閥塊占用空間,提高操作人員的活動(dòng)空間及視野。

        2.5 工作機(jī)構(gòu)

        工作機(jī)構(gòu)由大臂、小臂、挖斗、破碎裝置、各動(dòng)作油缸及相關(guān)液壓膠管組成。各結(jié)構(gòu)件之間采用銷軸連接,關(guān)節(jié)軸套采用特殊耐磨缸套,便于維修更換,轉(zhuǎn)動(dòng)靈活,無卡滯。而且,將破碎錘集成到斗桿上,通過油缸給進(jìn)和收縮,實(shí)現(xiàn)挖掘裝運(yùn)的同時(shí)連續(xù)進(jìn)行破碎作業(yè),減少輔助時(shí)間,提高施工效率。

        3 現(xiàn)場應(yīng)用

        3.1 水倉開挖

        根據(jù)礦方生產(chǎn)要求,水倉開挖深度約3.2m,因此,技術(shù)人員依據(jù)3號煤北輔運(yùn)七橫川煤層地質(zhì)分布情況,采用逐層剝離,逐層錨固、逐步深挖,一運(yùn)刮板運(yùn)輸裝置及二運(yùn)膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)出矸方式進(jìn)行施工作業(yè),修復(fù)機(jī)具體工作流程如圖2所示。

        圖2 修復(fù)機(jī)工作流程示意

        當(dāng)?shù)谝粚娱_挖完成后,需對巷幫進(jìn)行錨桿支護(hù),支護(hù)完成之后進(jìn)行第二次開挖,然后再次進(jìn)行錨桿支護(hù),經(jīng)過3輪連續(xù)施工作業(yè),即完成開挖工作,如圖3所示。

        圖3 修復(fù)機(jī)水倉開挖施工示意

        3.2 支護(hù)形式

        根據(jù)趙莊礦地質(zhì)條件,結(jié)合巷道支護(hù)設(shè)計(jì)原則及方法[9],采用以下錨桿、錨索及鋼筋網(wǎng)等組合支護(hù)系統(tǒng)。

        錨桿采用φ22mm左旋無縱筋螺紋鋼筋,長度2400mm,錨桿尾部螺紋為M24,排距1500mm,間距950mm,樹脂加長錨固,1支K2335,1支Z2360,鉆孔直徑28mm,錨桿錨固力不小于150kN,預(yù)緊力不小于400N·m。

        錨索采用φ22-5400mm高強(qiáng)度低松弛預(yù)緊力鋼絞線、錨索距頂,底板分別為800mm,1500mm,排距1500mm;加長錨固,3支樹脂錨固劑,1支K2335,2支Z2360,錨索預(yù)緊力不小于250kN。

        鋼筋網(wǎng)采用φ6.5mm鋼筋焊接而成,網(wǎng)孔100mm×100mm,網(wǎng)片規(guī)格2700mm×1650mm,鉤結(jié)長度150mm,每排2片,巷道斷面特征及支護(hù)形式如圖4所示。

        W型鋼帶規(guī)格:寬100mm,長4500mm,厚7mm。

        3.3 應(yīng)用效果

        修復(fù)機(jī)自2017年4月19日開始施工作業(yè),于4月23日完成水倉開挖施工作業(yè),除去設(shè)備故障,實(shí)際修復(fù)機(jī)連續(xù)作業(yè)約40h,共挖出矸石約460m3,平均出矸11.5m3/h。此前,趙莊煤礦水倉開挖大多數(shù)采用人工開挖方式[10-11],此次,采用修復(fù)機(jī)進(jìn)行水倉開挖尚屬首次,人工開挖與修復(fù)機(jī)開挖參數(shù)對比如表3。

        圖4 錨桿錨索支護(hù)示意

        人工水倉開挖修復(fù)機(jī)水倉開挖適用條件無限制巷道高度、寬度滿足修復(fù)機(jī)要求所需設(shè)備風(fēng)鎬、刮板輸送機(jī)修復(fù)機(jī)、刮板輸送機(jī)出渣方式人工轉(zhuǎn)矸至刮板輸送機(jī)一運(yùn)、二運(yùn)連續(xù)出矸所需人數(shù)/人8~102人均方量/(m3·h-1)0.565.75

        由表3可以看出,就人均方量而言,采用修復(fù)機(jī)進(jìn)行水倉開挖明顯優(yōu)于人工水倉開挖,并且隨底板硬度增加,修復(fù)機(jī)水倉開挖優(yōu)勢更為明顯,更為重要的是修復(fù)機(jī)水倉開挖需求人數(shù)少,人身安全更有保障。但是2種開挖方式各有優(yōu)缺點(diǎn),人工開挖適用條件廣,但勞動(dòng)強(qiáng)度大,工作環(huán)境惡劣,效率低下,修復(fù)機(jī)開挖人工勞動(dòng)強(qiáng)度小,作業(yè)環(huán)境好,但是前期投入及各方協(xié)調(diào)工作量較大。

        4 結(jié) 論

        (1)修復(fù)機(jī)主要用于巷道修復(fù)治理施工,用于煤礦井下水倉開挖施工作業(yè)尚屬首次。且平均出矸效率約11.5m3/h,相比較人工水倉開挖施工,該段水倉開挖施工節(jié)支18萬元。

        (2)比較發(fā)現(xiàn),修復(fù)機(jī)開挖效率優(yōu)于人工開挖,人均方量達(dá)到5.75m3/h,是人工開挖效率的10.3倍。

        (3)根據(jù)現(xiàn)場施工特點(diǎn),總結(jié)出一套利用修復(fù)機(jī)進(jìn)行煤礦巷道水倉開挖并補(bǔ)打錨桿錨索施工作業(yè)的工藝,為類似條件下煤礦巷道水倉開挖施工提供借鑒。

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