趙亞男
(山西西山煤電股份有限公司西曲礦綜采一隊, 山西 古交 030200)
挖掘機主要用于挖掘煤、泥、砂石土料等,是煤礦采集機械化的重要組成部分。主要用于巷道掘進,為煤炭運輸、通風(fēng)排水等提供條件。傳統(tǒng)挖掘機(炮掘機)進尺小,出煤時間長,勞動強度大,對薄煤層及窄斷面的適應(yīng)能力較弱,性價比低。目前,已有煤礦采用EBZ132CZ型窄機身半煤巖綜掘機進行巷道掘進,效果良好。為了對EBZ132CZ型綜掘機的性能進行綜合分析,選用EBH120掘機進行對比。
在進行巷道挖掘時,會遭遇不同構(gòu)造斷面,包括煤層、巖層以及半煤巖層。當巖層的總量達到掘進工作面的20%~80%之間時,就可稱之為半煤巖巷道[1]。一般可采用煤巖一次性斷面掘進或者煤巖分掘分運。當巷道在薄煤層中進行掘進時,為了保證巷道的高度、坡度,必定有部分斷面位于巖層之中,稱之為挑頂或臥底。根據(jù)煤層的厚度及其性質(zhì)進行具體施工組織。
選擇研究煤礦位于陽泉市礦區(qū)。該礦在進行半煤巖巷道掘進時使用傳統(tǒng)炮掘機搭配側(cè)卸式裝煤、礦車來進行,月巷道掘進量僅為160 m。比同期的煤巷掘進速度低100 m/月,大大降低了礦區(qū)作業(yè)速度。因此考慮投入EBZ132CZ型窄機身半煤巖綜掘機來進行試驗作業(yè)。選定工作面80112為試驗對象,并以同一礦區(qū)的80113工作面做對照。該工作面位于15號煤一區(qū)北翼,設(shè)置高抽巷用于該工作面瓦斯抽放,降低井下瓦斯含量,達到穩(wěn)定施工安全作業(yè)要求。根據(jù)該工作面的工作預(yù)設(shè)要求,需要該巷道持續(xù)服役2年。巷道沿9號煤進行頂板掘進,巷道荒高、寬分別為2.7 m、3.8 m,荒斷面總面積為10.26 m2,總長度為970 m。為滿足采空區(qū)支護需求,使用錨桿支護,并設(shè)計排距為800 mm,達到穩(wěn)定支護,防止頂板變形或塌落。該巷道工作面屬復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造結(jié)構(gòu),多斷層、陷落柱,存在尖滅區(qū),使用炮掘機鉆孔難度大。9號煤層大面積為薄煤層,最大厚度為2.1 m,最小厚度為0.45m。中厚煤層范圍小,均厚為0.6m。煤層傾角為6.5°±3.5°呈現(xiàn)層理發(fā)育。直接頂/底厚4.5 m/2.8 m,為灰黑色砂質(zhì)泥巖,透水性差,易松散。老頂為灰白色中粒砂巖,厚度達1.5 m,屬堅固巖層。
采用EBZ132CZ型窄機身半煤巖綜掘機在80112高抽巷進行作業(yè)試驗,同時使用EBH120型掘進機在同等地質(zhì)條件的80113高抽巷進行對比作業(yè)。設(shè)置同等施工組,降低人因失誤影響。試驗組煤層的地質(zhì)構(gòu)造要復(fù)雜于對照組工況,施工距離更長,且半煤巖層的厚度要明顯低于對照組,屬于掘進難度較大的巷道基礎(chǔ)。
兩工作面均實行綜掘機機械化巷道掘進。其中試驗高抽巷使用EBZ132CZ型窄機身半煤巖綜掘機,其參數(shù)如表1所示。
表1 EBZ132CZ型窄機身半煤巖綜掘機主要技術(shù)參數(shù)
根據(jù)兩種型號的掘機參數(shù)進行對比分析可以發(fā)現(xiàn),EBZ132CZ型綜掘機的單向抗壓強度要大于EBH120型掘進機10 MPa。也就是說其更適應(yīng)堅硬煤巖層的掘進需求,尤其是煤巖層堅固系數(shù)差異大的工作面。同時對比兩種型號的掘進效率。同等截割深度需求下,EBH120型掘進機是EBZ132CZ型綜掘機單排掘進用時的1.5倍,效率低,總體用時長,不利于掘進速度的提升。在進行對照試驗的過程中,兩掘機均不同程度的出現(xiàn)了故障。按照兩掘機發(fā)生故障的部位和頻率來看,截割部是掘機的核心部件,也是最常出現(xiàn)故障的位置。截止到對照試驗結(jié)束,具體情況如表2所示。
表2 兩種掘進機故障情況對比
EBH120型掘進機截割部共發(fā)生電機損壞3次,截齒失效1次。EBZ132CZ型綜掘機發(fā)生電機損壞1次。故障發(fā)生頻次遠低于EBH120型掘進機。EBH120型掘進機同時發(fā)生多次第一運輸部故障,包括刮板掉落3次,驅(qū)動裝置損壞4次,驅(qū)動鏈輪鋼材磨損快,進行更換。電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,電控箱燒毀2次,行走電機損壞1次。試驗過程中EBZ132CZ型綜掘機第一運輸部、電系統(tǒng)未見明顯故障,運行良好。整體的電系統(tǒng)構(gòu)造單一,且液壓裝置維護方便,能夠有效避免人因操作失誤帶來的故障率增加的問題。并且驅(qū)動鏈輪鋼材耐磨損,不易發(fā)生損壞。在80112高抽巷地質(zhì)結(jié)構(gòu)遠遠復(fù)雜于80113高抽巷的情況下,EBZ132CZ型綜掘機仍表現(xiàn)出優(yōu)于EBH120型掘進機的工作狀態(tài),證明其性能及復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)能力要更強。
與傳統(tǒng)炮掘機進行具體效益對比時,具體情況如表3所示,可以發(fā)現(xiàn),以EBZ132CZ型綜掘機為代表的機械化掘進通過綜掘機截割、皮帶傳送及煤溜來實現(xiàn)出煤,出煤周期為10~20 min。運輸效率要遠大于裝巖機和礦車的運輸體系,月均進尺可達220 m±20 m。最高時可達到518 m,是炮掘機的1.375~1.5倍。正規(guī)循環(huán)提升到5~6個,解決采掘生產(chǎn)銜接失當,循環(huán)效率低下的問題。每次掘進用工數(shù)降低至8個,屬于低人工密度作業(yè),對實現(xiàn)半煤巖掘進高機械化作業(yè)有重要意義。按照用工人數(shù),故障損失及構(gòu)件耗損量進行整體計算可以發(fā)現(xiàn),使用EBZ132CZ型綜掘機后,經(jīng)濟成本投入減少約15萬元。掘進效率提升一倍以上,并增加煤炭產(chǎn)值37億元,實現(xiàn)降本增效的發(fā)展需求[3]。
表3 EBZ132CZ與炮掘機工況對比
EBZ132CZ型窄機身半煤巖綜掘機能夠適應(yīng)薄煤層的巷道作業(yè),且行進速度快,掘進量高,利于提升復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件下的巷道掘進質(zhì)量,同時,其故障發(fā)生率低,對人工勞動需求量小,提升了整體作業(yè)的機械化、自動化程度,符合我國煤礦產(chǎn)業(yè)的綜合發(fā)展要求,具有推廣的意義和價值。