王兆瑞,代衛(wèi)林
(冀中能源峰峰集團寶峰礦業(yè)有限公司 九龍礦,河北 邯鄲 056200)
隨著我國綜采機械化的不斷發(fā)展,綜采工作面開采推進速度不斷提高,然而巖巷掘進機械化水平普遍較低,掘進效率低、速度慢,礦井采掘銜接緊張矛盾日益凸顯[1]。如何布置巖巷快速掘進線,是保證礦井銜接有序、穩(wěn)產(chǎn)高效的關鍵。我國巖巷掘進主要采用鉆爆法與機掘法。鉆爆法機械化作業(yè)線分為2 類:以氣腿式鑿巖機、耙斗式裝巖機為主,巖巷月進尺一般為60 m;以氣腿式鑿巖機、挖掘式或側(cè)卸式裝巖機為主,巖巷月進尺一般為90 m[2]。九龍礦巖巷掘進大部分以第二種鉆爆法為主,通過不斷改進爆破、裝載工藝,巖巷月進達到120 m,但仍未滿足九龍礦采掘銜接緊張的局面。機掘法以懸臂式掘進機為主,輔以轉(zhuǎn)載機、帶式輸送機聯(lián)合運輸。相較于鉆爆法,機掘法機械化程度進一步提高,沒有鉆眼、放炮等繁瑣工序,且破、裝、運能夠同時作業(yè),施工工序簡單,循環(huán)作業(yè)時間短,設備開機率高可連續(xù)作業(yè),沒有爆破環(huán)節(jié),工作更為安全。國內(nèi)機掘法多用于煤巷,九龍礦煤巷掘進月進尺已達到350 m。機掘法在巖巷應用成功案例較少,在九龍礦成立巖巷綜掘快速掘進線是一次有益嘗試。
15249S 頂抽巷位于九龍礦北五采區(qū)下部,巷道設計標高-772—-791 m,設計長度772 m,半圓拱型全巖斷面,凈寬×凈高=4 200 mm×3 000 mm,主要用于15249S 工作面回采期間的抽采瓦斯。15249S 工作面除布置上順槽、下順槽構(gòu)成生產(chǎn)系統(tǒng)外,又布置了底抽巷、頂抽巷,用于防治煤層瓦斯。底抽巷為巖巷,巷道規(guī)格與頂抽巷規(guī)格相同,已經(jīng)掘進完成,月度進尺記錄為110 m。上、下順槽為2 條煤巷,凈寬×凈高=4 600 mm×3 500 mm,根據(jù)九龍礦煤巷的掘進水平,可以達到月進300 m。九龍礦巖巷掘進速度小于煤巷掘進速度,頂抽巷與上、下順槽開口掘進的起始時間相差不到1 個月,根據(jù)礦計劃,頂抽巷必須保證平均月進不低于150 m,才能保證工作面的正常銜接。如何提高巖巷掘進進尺是15249S 工作面能否按時銜接的關鍵。
巖巷掘進受巷道圍巖性質(zhì)影響較大。15249S頂抽巷主要用于15249S 工作面的瓦斯抽采,合理層位為工作面上方的25~40 m,在此范圍內(nèi),巖性多為砂巖,普氏硬度系數(shù)為7.6,即單向極限抗壓強度值為76 MPa。EBZ-160(A)型掘進機的最大切割巖石抗壓強度為70 MPa,即使用綜掘機截割普氏硬度系數(shù)大于7 的巖石時,掘進機處于高負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài),截割效率低,截割部的截齒、綜掘機刮板鏈損耗增加,對設備的維護等帶來很大壓力,掘進速度難以提高。
巖巷掘進,主要工序為“破、裝、運、支”。機械、設備水平的提升,不斷優(yōu)化“破、裝、運、支”環(huán)節(jié),從而提高巷道掘進速度。鉆爆法機械化作業(yè)線為氣腿式鑿巖機+耙斗式裝巖機+礦車的作業(yè)線升級為氣腿式鑿巖機+挖掘式或側(cè)卸式裝巖機+刮板輸送機的作業(yè)線。實際生產(chǎn)過程,尤其是運輸環(huán)節(jié)多部設備配合,一旦設備發(fā)生故障,直接影響生產(chǎn)掘進。巖巷掘進設備的高故障率,發(fā)揮不了設備的最大機械效能,制約著巷道的掘進速度。
巷道使用綜掘機,比之煤巷,巖巷更容易產(chǎn)生粉塵,且危害更大。粉塵嚴重危害工人的生命健康,加速機械磨損,降低巷道內(nèi)的能見度,影響掘進速度。
為積極探尋綜掘機掘進的合適層位,在15249S 上順槽打設4 個超前探孔進行取芯探測。根據(jù)探測結(jié)果繪制15249S 頂抽巷預想地質(zhì)剖面圖(圖1),2 號煤頂板往上26~29 m 處1 號煤層位巖性適合綜掘機掘進。4 月14 日開始按+14°起坡穿層掘進,直到5 月16 日,巷道頂板掘至1 號煤頂層位。
圖1 15249S 頂抽巷預想地質(zhì)剖面圖Fig.1 Geological profile of 15249s top-pumping roadway
不斷優(yōu)化支護設計。在巷道掘至23 點前15.8 m 時,巷道頂板為平均厚度4 m 的細砂巖,普氏硬度系數(shù)為8.5。對此,優(yōu)化支護:巷道排間距由800 mm×800 mm 改為1 500 mm×1 200 mm,并重新設計金屬網(wǎng)規(guī)格,長×寬由1 500 mm×1 000 mm 改為1 400 mm×1 700 mm,滿足大排距巷道支護要求。在巷道掘至41 點前19.5 m 時,巷道頂板變?yōu)樯百|(zhì)泥巖,為保證頂板安全,再一次優(yōu)化巷道支護:頂部打設4 根錨索排間距為900 mm×1 000 mm,錨桿排間距為900 mm×900 mm。總體上,既滿足頂板支護質(zhì)量要求,又減輕了巷道支護,提高了掘進速度。第二次優(yōu)化設計后支護斷面,如圖2所示。
圖2 15249S 頂抽巷支護斷面示意Fig.2 Support section of 15249s top-pumping roadway
九龍礦成立的快速掘進線為懸臂式掘進機+橋式膠帶轉(zhuǎn)載機+可伸縮膠帶輸送機[4]。BZ-160(A)加強型巖巷掘進機,最大切割巖石抗壓強度為70 MPa,可以輕松勝任巖石普氏系數(shù)f<7 巖體切割任務。橋式轉(zhuǎn)載機配合可伸縮膠帶輸送機,代替了巖巷每隔50 m 就要加鋪一套設備的刮板輸送機,在巷道不斷掘進過程中,減少了設備數(shù)量。同時膠帶輸送機相比于刮板輸送機易于維護,在出砟過程中沒有卡鏈、斷鏈等影響,設備故障低,開機率高[5]。
優(yōu)化生產(chǎn)作業(yè)線后,與鉆爆法相比,工序簡單,割、裝、運全部機械化操作,可以平行作業(yè),日進尺由3.2 m 提高到7 m,每天用工減少4 人,工效相對提高了140%,實現(xiàn)了減人提效。巖巷機掘與鉆爆法的工效比較見表1。
表1 巖巷機掘與鉆爆法的工效比較Table 1 Comparison of work efficiency between mechanical driving and blasting in rock roadway
配備KCG-450D 干式除塵器。除塵器風筒布置在巷道迎頭3 m 范圍內(nèi),打開除塵器后,迎頭形成負壓,在距掘進工作面15 m 處截斷風機風筒,迎頭負壓即保證了巷道迎頭的供風,又達到了除塵的目的。除塵器額定處理風量300 m3/min,頂抽巷掘進期間所需風量為270 m3/min,經(jīng)現(xiàn)場實測,總除塵效率達到90%以上。除塵器降低了巷道內(nèi)的粉塵濃度,實現(xiàn)高效控塵,降低了粉塵對設備的影響,同時提高破巖時的能見度,有助于巖巷的快速掘進。
針對新工藝、新設備,加強對作業(yè)人員的崗前培訓,使作業(yè)人員掌握工藝流程,并熟練操作設備。加強施工過程管理,嚴格執(zhí)行掘進單位的各項管理制度,現(xiàn)場交接班、安全確認、質(zhì)量驗收、成本管控、設備維修等。尤其是設備維修管理,建立設備維修臺賬,定期維護保養(yǎng)。針對巖巷破砟易磨壞截割部底座的情況,三班檢查截割部截齒磨損情況,及時更換損壞截齒,確保設備完好,最終保證正規(guī)循環(huán)。
懸臂式掘進機+橋式膠帶轉(zhuǎn)載機+可伸縮膠帶輸送機配備除塵器的機械化作業(yè)線,在九龍礦巖巷首次應用,克服了巷道斷面巖石硬度高、地質(zhì)條件極復雜等因素,實現(xiàn)了巷道13 m2全巖斷面月進208 m。該技術的成功應用,得益于設備升級、地質(zhì)勘探、巖層挑選、支護優(yōu)化,探索出了九龍礦巖巷綜掘快速掘進的新途徑。