羅賢虎
(霍州煤電集團三交河煤礦安全科 ,山西 霍州 041600)
隨著國家對煤礦行業(yè)的不斷整改,我國煤炭企業(yè)都向大型現(xiàn)代化礦井轉(zhuǎn)變。原有的煤礦設(shè)備在掘進巷道及回采巷道過程中,不斷進行改進,以達到煤礦提倡的安全高效開采的目標。我國現(xiàn)階段巷道掘進時,采用的掘進機+錨桿鉆機存掘進效率低、輔助時間長、人力勞動較大等諸多問題。
某煤礦為加快巷道掘進速度,減少輔助作業(yè)時間,提高井下工作效率,采用掘錨一體機進行巷道掘進作業(yè)。本文以此為研究背景,研究了掘錨一體機在復雜地質(zhì)情況下礦井的適用性及應(yīng)用效果,對掘錨一體機在相同條件礦井下的應(yīng)用具有借鑒意義。
某煤礦為大型現(xiàn)代化礦井,現(xiàn)主采3號煤層,3號煤層底板標高為+512m~+582m,地面標高為+912m~928m,巷道埋深400m左右。本次試驗巷道為s6-8運輸順槽,巷道沿3號煤層底板掘進,巷道斷面尺寸為5.2m×3.5m,斷面積為18.2m2,運輸順槽設(shè)計掘進長度為1600m。本次試驗巷道s6-8運輸順槽平面布置圖如圖1所示,。
圖1 試驗巷道s6-8運輸順槽平面布置圖
通過收集該工作面順槽周邊臨近的地質(zhì)鉆孔,根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)確定,該工作面3號煤層厚度為5.75m~5.88m,平均厚度為5.8m,其中含有一層0.3m左右的夾矸。巷道頂板為厚度3.4m的粉砂巖老頂,厚度2.3m的泥巖直接頂,底板為厚度1.2m的泥巖直接底,厚度1.8m的細砂巖老底。為加快巷道掘進速度,減少輔助作業(yè)時間,提高井下工作效率,該礦采用掘錨一體機進行巷道掘進作業(yè)。
通過調(diào)研及查閱資料發(fā)現(xiàn),掘錨一體機在我國許多礦區(qū)得以應(yīng)用。在地質(zhì)條件較好的礦區(qū)應(yīng)用廣泛,且效果突出。在地質(zhì)條件復雜的礦區(qū),還未取得突破性的研究成果,使得其可以被廣泛推廣。實際應(yīng)用時,需針對礦井實際地質(zhì)情況,對掘錨一體機進行優(yōu)化改造。
本次試驗巷道為s6-8運輸順槽所在礦區(qū)煤層賦存條件復雜,高地應(yīng)力、圍巖巖性軟弱、頂板壓力大、瓦斯含量高。因此,該礦區(qū)采用掘錨一體機進行巷道掘進作業(yè)時,需要根據(jù)該礦區(qū)的實際巷道掘進條件,對掘錨機進行相應(yīng)的改進,以達到提高巷道掘進速度的目的。
2.2.1 臨時液壓頂篷改造優(yōu)化
由于試驗巷道地質(zhì)條件復雜,巷道掘進迎頭空頂區(qū)在掘進時,保持自穩(wěn)時間較短,而掘錨一體機自身的臨時液壓頂篷有效的支護面積較短,無法有效支護空頂區(qū)煤層,極易發(fā)生冒頂?shù)仁鹿省R虼耍瑸榱吮U暇蜻M施工安全作業(yè),本次應(yīng)用對掘錨一體機的臨時支護裝置進行了改進。改進措施如下:將掘錨機頂板支護改造為由千斤頂、臨時頂板支護、銷子和耳子組成的支護形式。改造后臨時頂板支護長度為1500mm,寬度為500mm,相較于原有自帶臨時頂板支護的面積大了2.6倍。同時,在掘錨一體機上安設(shè)兩條液壓管路,通過液壓千斤頂來實現(xiàn)臨時頂板支護的頂起和放下。當掘進時,千斤頂可以將頂板支護頂起進行臨時支護;當割煤時,可以通過操作將其收回。如下圖2所示,為改造優(yōu)化后的臨時液壓頂篷俯視圖和側(cè)視圖,圖3所示為掘錨一體機臨時支護的現(xiàn)場圖。
圖2 改造優(yōu)化后的臨時液壓頂篷俯視圖和側(cè)視圖
圖3 掘錨一體機臨時支護的現(xiàn)場圖
2.2.2 阻擋落煤裝置的設(shè)計
由于該礦巷道圍巖較為破碎,掘錨一體機在掘進過程中,可能將迎頭煤壁上的煤塊崩落下來,導致掘錨機的操作人員受傷。因此,本文設(shè)計了一種裝置,用以阻擋落煤裝置。具體設(shè)計如下:在改進優(yōu)化的液壓頂篷下方焊接一方形鋼板,鋼板截面尺寸為50mm×50mm。在擋矸裝置上方加設(shè)一方形插銷,插銷尺寸為40mm×40mm。在掘錨機下端安設(shè)圓鋼,圓鋼長度1.3m,直徑38mm。其上設(shè)有3個鉤子,用以安放木板,木板尺寸為2200 mm×10 mm×200 mm。在掘錨機掘進時,將設(shè)計的阻擋落煤裝置掛在掘錨機方形槽中,可以阻擋迎頭崩落下的煤塊。當進行截割時,可取下該裝置以備下次使用。,阻擋落煤裝置如圖4所示。
圖4 阻擋落煤裝置的示意圖
2.2.3 掘錨一體機截割方式及進刀路線改進
改進的掘錨一體機截割方式及進刀路線如下:首先,將掘錨機截割部置于煤壁中間部位,進刀切入煤壁1.0m;然后,從上到下截割下半部分煤體;當截割煤體到巷道底板位置時,截割部退后1.0m,對巷道底板反復拉低,使底板變平整;完成上述工序后,前移掘錨機,對巷道頂板及兩幫進行支護;然后,再從上至下截割上半部分煤體;掃除預(yù)留的200mm頂板煤皮;進行下一刀割煤時,再重復上述工序。同時,割煤時掉落的煤塊,可通過刮板輸送機向外運出。如圖5所示,為改進的掘錨一體機截割方式及進刀路線示意圖。
圖5 改進的掘錨一體機截割方式及進刀路線示意圖
該礦井于5月28日在安裝硐室1.5m處的位置,使用掘錨一體機進行掘進,到9月2日正式掘進完成,巷道施工工期一共為98天。
本次試驗巷道應(yīng)用掘錨機進行掘進,掘進效率對比如圖6所示:
圖6 掘進效率對比圖
巷道掘進效率總結(jié)如下:①巷道掘進日進尺由六月份的10.4m/d增加到20.8m/d,平均日進尺可達15.5m/d;②正常掘進一個循環(huán)的時間為40分鐘,其中割煤時間10分鐘,支護時間半小時;③7月份對掘進巷道支護進行了優(yōu)化,使得掘進速度相較于6月份顯著提高;④8月份巷道平均日進尺為20.2m/d,月進尺共計606m,掘進效率顯著,掘錨一體機的應(yīng)用效果較好。
3.2.1 節(jié)約成本
通過6月份掘錨一體機在試驗巷道的試用,根據(jù)現(xiàn)場實際情況及礦壓觀測,對其巷道掘進支護參數(shù)進行了優(yōu)化改進。原有支護材料每米巷道支護成本費用為3770元,優(yōu)化后為3140原,每米巷道支護成本可節(jié)約630元。試驗巷道設(shè)計長度為1600m,則全巷支護完畢,可節(jié)約成本100萬左右。
按人工費計算,原掘進日進尺為10m/d,使用掘錨機后平均日進尺15.5 m/d,每日多進尺5.5m,人工費按每班42元/人,每班人工數(shù)14人,則粗略計算人工費用每年節(jié)約:5.5m/d×365d×42元/人×14人=118萬。
3.2.2 產(chǎn)煤增效
經(jīng)過合理的組織管理和現(xiàn)場指導,完全掌握掘錨一體機在巷道掘進中的應(yīng)用,可實現(xiàn)掘錨機月進尺600m以上的掘進水平,相比于綜掘機掘進水平可高出300m左右月進尺數(shù)。以試驗巷道為例,該礦應(yīng)用掘錨一體機后,一臺掘錨機組每年原煤產(chǎn)量比未使用掘錨機時多出9.20萬/t,按一噸煤的純利潤為150元計算,則一臺掘錨機每年多出的經(jīng)濟效益約為1380萬。
以復雜地質(zhì)條件煤礦應(yīng)用掘錨一體機進行巷道掘進作業(yè)為研究背景,研究了掘錨一體機在復雜地質(zhì)情況下礦井的適用性及應(yīng)用效果,主要結(jié)論如下:為適應(yīng)該礦實際地質(zhì)條件,對掘錨機的臨時液壓頂篷、阻擋落煤裝置和掘錨一體機截割方式及進刀路線進行了改進設(shè)計。并通過記錄巷道掘進效率進行了掘進效率總結(jié)和經(jīng)濟效益分析,確定了掘錨一體機在巷道掘進中的顯著應(yīng)用效果。