李 洋 袁文生 類成楠

(內(nèi)蒙古福城礦業(yè)有限公司, 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014217)

福城煤礦+740 m 南翼大巷長(zhǎng)度3800 m，布置在上海廟煤田9 煤底板中。9 煤底板為細(xì)砂巖，灰白色～灰色，砂粒結(jié)構(gòu)，斜層理構(gòu)造，主要成分石英、長(zhǎng)石，鈣質(zhì)膠結(jié)，厚1.21 m；再下為粉砂巖，淺灰色，砂粒結(jié)構(gòu)，斜層理構(gòu)造，鈣質(zhì)膠結(jié)，夾有泥質(zhì)條帶，含植物根莖化石，厚2.69 m。巷道埋深500 m，巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度4245 m。巖層本身硬度大，在這種地質(zhì)條件下，存在爆破效果差、打眼效率低等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了巷道的掘進(jìn)速度。由于巷道施工長(zhǎng)度較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了工人的工作效率，在巷道斷面放炮施工也存在安全隱患。為了提高巷道掘進(jìn)施工效率，必須改進(jìn)傳統(tǒng)施工工藝，建立起新型機(jī)械化作業(yè)線[1]。

1 掘進(jìn)設(shè)備選型

1.1 綜掘機(jī)選型

為了實(shí)現(xiàn)巷道的快速掘進(jìn)，改進(jìn)傳統(tǒng)硬巖巷道爆破掘進(jìn)的施工工藝，+740 m 南翼大巷配備MH620 型硬巖掘進(jìn)機(jī)，MH620 重型硬巖掘進(jìn)機(jī)用于大斷面巷道的快速掘進(jìn)，整機(jī)總重122 t。掘進(jìn)機(jī)雙截割頭縱軸伸縮式截割方式掘進(jìn)，截割電機(jī)功率300 kW，水冷式，奧鋼聯(lián)全進(jìn)口鈦合金截齒，每個(gè)滾筒有87 個(gè)截齒，具有截割快速、穩(wěn)定的特點(diǎn)。

MH620 型硬巖掘進(jìn)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：長(zhǎng)度為12 200 mm，高度（含排塵道）3150 mm，高度（不含排塵道）2825 mm，機(jī)器寬度2594 mm，鏟板寬度4800～5500 mm，履帶寬度720 mm，最大切割高度5300～5800 mm，水平擺動(dòng)的切割寬度為8000～8800 mm，最大臥底量480 mm。

1.2 機(jī)載臨時(shí)支護(hù)選型

巷道截割完成后，如何快速進(jìn)行安全有效的臨時(shí)支護(hù)，是保證施工安全及效率的必要環(huán)節(jié)。前期巷道多采用前探梁式臨時(shí)支護(hù)，該臨時(shí)支護(hù)缺點(diǎn)較多：巷道頂板沒(méi)有初撐力，操作過(guò)程復(fù)雜，用時(shí)長(zhǎng)，效率低，人員進(jìn)入空頂區(qū)，安全隱患極大[2]。為了解決臨時(shí)支護(hù)問(wèn)題，MH620 型硬巖掘進(jìn)機(jī)引進(jìn)了ZLJ-620 機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置，如圖1 所示。機(jī)載臨時(shí)支護(hù)用綜掘機(jī)的泵站供油，通過(guò)安設(shè)三通閥進(jìn)入高壓油路過(guò)濾器，再經(jīng)溢流閥到達(dá)操作閥，通過(guò)供經(jīng)分流集流閥分流，液壓油進(jìn)入雙向鎖，雙向鎖打開(kāi)進(jìn)入油缸，從而頂架打開(kāi)升起，直到所需要的高度、角度停止。機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置技術(shù)參數(shù)：支護(hù)寬度2 m（展開(kāi)3.4 m），支護(hù)面積2 m×2.1 m（展開(kāi)3.4 m×3.4 m），支護(hù)超出炮頭2 m，最大支撐力3 t。 操作時(shí)先把前伸架、側(cè)伸架伸出，翻開(kāi)前擋板，然后把鋼筋網(wǎng)放在頂架上用伸縮油缸推起四個(gè)頂柱油缸到所需要的角度。升起四個(gè)頂柱油缸，把鋼筋網(wǎng)及前擋板頂?shù)较锏浪栉恢?，把平臺(tái)伸出、翻開(kāi)，就可以在支護(hù)下安全地打安錨桿了。

ZLJ-620 機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置，對(duì)掘進(jìn)機(jī)的改動(dòng)量小，不干擾掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和切割功能；安全性好，能夠根據(jù)頂板實(shí)際情況而施加一定的初撐力，同時(shí)能夠根據(jù)巷道頂板角度進(jìn)行角度調(diào)整，主動(dòng)適應(yīng)巷道頂板。使用機(jī)械化作為臨時(shí)支護(hù)作業(yè)，有效地消除了人工支頂，極大地降低了迎頭工人施工勞動(dòng)強(qiáng)度，在提高了掘進(jìn)效率的同時(shí)，也使工人的安全得到了有效的保障。該臨時(shí)支護(hù)帶有可伸縮式炮頭護(hù)罩，提高了頂板支護(hù)的安全性。

圖1 +740 m 南翼大巷ZLJ-620 機(jī)載臨時(shí)支護(hù)示意圖

1.3 運(yùn)輸系統(tǒng)

在+740 m 南翼大巷入倉(cāng)巷鋪設(shè)125 kW×2 皮帶直接卸載+740 m 矸石倉(cāng)，跟機(jī)安裝250 kW×2大功率皮帶機(jī)，帶寬均為1000 mm，采用獨(dú)立排矸系統(tǒng)，大大提高了排矸能力。跟機(jī)配備帶寬1000 mm 的250 kW×2 大功率皮帶機(jī)，采用獨(dú)立排矸系統(tǒng)，保證了排矸能力；儲(chǔ)帶倉(cāng)將達(dá)到100 m，減少加長(zhǎng)皮帶次數(shù)，減少皮帶鉚扣數(shù)量，既減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度又提高了勞動(dòng)效率。

單軌吊隨巷道掘進(jìn)及時(shí)打設(shè)，物料直接運(yùn)至迎頭，既提高了運(yùn)輸效率，又減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

隨著巷道施工長(zhǎng)度增加，工區(qū)使用無(wú)軌膠輪車運(yùn)人，進(jìn)一步降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。

2 巷道斷面技術(shù)改進(jìn)

+740 m 南翼大巷采用“錨網(wǎng)噴”作為永久支護(hù)。錨桿采用MSGLD-335 等強(qiáng)螺紋鋼式樹(shù)脂錨桿（Φ22 mm×L2200 mm ），間排距1000 mm×1000 mm，錨深2150 mm，錨桿布置方式采用成排成行布置；托板采用Q235 的鋼材制作，必須選用鋼制蝶形托盤(pán)，大小規(guī)格一般為150 mm×150 mm×10 mm；鋼筋網(wǎng)采用Φ4 mm 或Φ6.0 mm 盤(pán)圓條，或冷撥鋼筋編織，網(wǎng)格尺寸不大于100 mm×100 mm，網(wǎng)格均勻；噴漿總厚度120 mm。頂板破碎、揭露煤層及遇斷層時(shí)，補(bǔ)打錨索加強(qiáng)支護(hù)，錨索間排距為2000 mm×2000 mm，每排打設(shè)3 根，布置在正頂及兩肩窩處。巷道施工前期，巷道斷面為直墻半圓拱，由于掘進(jìn)機(jī)雙截割頭縱軸伸縮式截割方式掘進(jìn)，巷道頂板無(wú)法切割成半圓拱形，進(jìn)而影響巷道施工進(jìn)度。根據(jù)巷道實(shí)際使用情況及綜掘機(jī)切割成型，后期將巷道斷面更改為平頂半圓拱形斷面，有效地提高巷道施工效率。+740 m 南翼大巷優(yōu)化前后巷道斷面如圖2、圖3 所示。

圖2 +740 m 南翼大巷前期巷道斷面

2.1 作業(yè)模式

綜掘機(jī)破巖后頂板完好時(shí)以錨桿間排距為1600 mm×1600 mm 進(jìn)行初期五花錨網(wǎng)支護(hù)，后期在綜掘機(jī)后將支護(hù)錨桿補(bǔ)齊，頂板條件較差時(shí)初期頂板完整錨網(wǎng)支護(hù)后進(jìn)行集中噴漿，實(shí)現(xiàn)“掘、錨、噴”同時(shí)作業(yè)。

圖3 +740 m 南翼大巷巷道斷面優(yōu)化圖

2.2 綜合降塵系統(tǒng)

+740 m 南翼大巷采用了 “九二除塵法”綜合控塵系統(tǒng)[3]。該系統(tǒng)優(yōu)化了除塵風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口位置、附壁風(fēng)筒方式及距工作面位置，實(shí)現(xiàn)了含塵風(fēng)流全部進(jìn)入除塵風(fēng)機(jī)。配合綜掘機(jī)內(nèi)外噴霧、自動(dòng)凈化水幕、封閉式捕塵網(wǎng)等構(gòu)成一個(gè)綜合高效控塵系統(tǒng)。除塵效率由改造前的40%升高到92%以上，明顯改善了現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)環(huán)境，提高了勞動(dòng)效率。主要內(nèi)容有：

（1）加工一個(gè)三面帶孔的除塵風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口，安裝在綜掘機(jī)機(jī)身旋轉(zhuǎn)盤(pán)后。隨綜掘機(jī)掘進(jìn)時(shí)前后、左右移動(dòng)，距截割部位距離固定在3～4 m。

（2）除塵風(fēng)機(jī)出風(fēng)口距工作面距離30～35 m以上。

（3）壓入式風(fēng)筒出風(fēng)口距迎頭5～6 m 左右，出風(fēng)口安裝一鐵質(zhì)控風(fēng)器，按需調(diào)節(jié)工作面風(fēng)量。

（4）距迎頭20 m 左右風(fēng)筒上安裝一鐵質(zhì)三通，三通方向安裝控風(fēng)調(diào)節(jié)板，配合出風(fēng)口控風(fēng)器調(diào)節(jié)三通出風(fēng)量。

（5）綜掘機(jī)二運(yùn)轉(zhuǎn)載點(diǎn)、二運(yùn)皮帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)安裝噴霧，距工作面30 m 內(nèi)安裝風(fēng)流凈化水幕，噴霧與綜掘機(jī)炮頭聯(lián)動(dòng)。

（6）距工作面100～200 m、300 m 內(nèi)各安裝一道捕塵網(wǎng)，交替前移，盡量減少粉塵污染范圍。

+740 m 南翼大巷工作面使用掘進(jìn)機(jī)后配套HCN600 型濕式除塵系統(tǒng)和控風(fēng)器、吸塵罩、司機(jī)氧吧組成的封閉控塵系統(tǒng)。HCN600 型濕式除塵系統(tǒng)引進(jìn)了德國(guó)先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)霧化、凝聚和脫水三個(gè)過(guò)程進(jìn)行除塵。首先是在霧化區(qū)，含塵空氣與從噴嘴噴出的水霧以較高的相對(duì)速度接觸，進(jìn)而使塵粒表面附著的氣膜被沖破，塵粒被噴出的水霧濕潤(rùn)；在凝聚區(qū)，粉塵與水霧之間發(fā)生激烈的凝聚，凝聚形成含塵水滴，這些含塵的水滴在經(jīng)過(guò)脫水區(qū)時(shí)大部分被捕捉、聚集，然后形成污水排出；僅有一小部分水滴在經(jīng)過(guò)水滴分離器時(shí)通過(guò)波紋板被分離下來(lái)，以污水的形式排出。經(jīng)過(guò)以上三個(gè)區(qū)域，最后從除塵設(shè)備中排出的空氣是清潔空氣。

該套設(shè)備通過(guò)簡(jiǎn)單加工，可以安設(shè)在綜掘機(jī)后二運(yùn)支架上。在巷道不斷掘進(jìn)過(guò)程中，該套設(shè)備可以隨綜掘機(jī)不斷前移。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，在該工作面，綜掘機(jī)在截割過(guò)程中，打開(kāi)此套除塵設(shè)備，能夠有效降低現(xiàn)場(chǎng)的粉塵量，最大除塵效率能夠達(dá)到96%，極大改善了截割過(guò)程中的施工環(huán)境，保護(hù)了員工的身體健康。

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐及結(jié)論

福城煤礦+740 m 南翼大巷長(zhǎng)度達(dá)到4245 m，現(xiàn)場(chǎng)采用綜掘機(jī)施工后，單月最高進(jìn)尺達(dá)到335 m，為礦井的連續(xù)高效生產(chǎn)奠定有力的基礎(chǔ)。同時(shí)，采用綜掘機(jī)械化生產(chǎn)，有效降低了炮掘施工迎頭的個(gè)數(shù)，極大提高井下安全生產(chǎn)能力。

（1）在硬巖巷道施工中，采用MH620 綜掘機(jī)進(jìn)行施工，有效地改善了傳統(tǒng)的爆破施工工藝，提高了礦井機(jī)械化生產(chǎn)率，減少了巷道掘進(jìn)存在的安全隱患，降低了礦井生產(chǎn)對(duì)火工用品的依賴程度。

（2）使用綜掘機(jī)機(jī)載臨時(shí)支護(hù)，有效降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，縮減了支護(hù)時(shí)間，提高了臨時(shí)支護(hù)安全系數(shù)，為掘進(jìn)迎頭安全、高效掘進(jìn)創(chuàng)造了條件[4]。

（3）在滿足巷道使用要求的前提下，不斷優(yōu)化巷道斷面，確保綜掘機(jī)截割頭能夠快速地截割出巷道斷面，極大地縮短綜掘機(jī)截割迎頭時(shí)間，為提高單進(jìn)水平創(chuàng)造了條件。

（4）通過(guò)打設(shè)單軌吊運(yùn)輸物料、無(wú)軌膠輪車運(yùn)人及采用了“九二除塵法”綜合控塵系統(tǒng)，改善了現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)環(huán)境，提高了勞動(dòng)效率。