申虎威

（長(zhǎng)治市煤礦技術(shù)服務(wù)中心， 山西 長(zhǎng)治 046000）

引言

隨著煤礦井下綜采作業(yè)效率的不斷提高，目前井下巷道掘進(jìn)速度低下已經(jīng)成為限制綜采效率進(jìn)一步提升的關(guān)鍵瓶頸。由于傳統(tǒng)巷道掘進(jìn)作業(yè)過(guò)程中采用直采的掘進(jìn)作業(yè)模式，掘進(jìn)、支護(hù)、物料運(yùn)輸無(wú)法實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)，而且掘進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生了大量的粉塵，導(dǎo)致掘進(jìn)面粉塵濃度大，也限制了巷道掘進(jìn)速度的進(jìn)一步提升，因此如何優(yōu)化巷道掘進(jìn)工藝、提升掘進(jìn)作業(yè)速度便成了各個(gè)煤炭生產(chǎn)企業(yè)迫切需要研究解決的課題。

1 巷道掘進(jìn)工藝的優(yōu)化

結(jié)合煤礦井下的實(shí)際情況，對(duì)巷道掘進(jìn)工藝的優(yōu)化主要集中于優(yōu)化落煤方式、運(yùn)煤方式及支護(hù)方式，解決落煤速度慢、支護(hù)效率低、運(yùn)煤方式不連續(xù)的難題，最終提出了一種新的單向高效巷道快速掘進(jìn)工藝，該工藝流程也包括落煤、煤炭裝運(yùn)、煤炭清理及巷道支護(hù)等工藝流程[1]。

在煤炭落煤工序采用了智能截割控制方案，在掘進(jìn)作業(yè)過(guò)程中按照升刀—打頂—進(jìn)刀—割煤—拉底—升刀的方式進(jìn)行，打頂時(shí)需要在最上側(cè)留下約180 mm 的圓弧過(guò)渡段，避免產(chǎn)生觸頂，在拉底的過(guò)程中需要在采煤機(jī)截割到煤層底板后退出約700 mm，將底板余煤完全裝完，整個(gè)落煤的工藝流程如圖1 所示。

煤炭裝運(yùn)采用了掘錨機(jī)智能煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)的方式，當(dāng)掘進(jìn)時(shí)將煤炭落入到掘錨機(jī)端部的煤炭收集器內(nèi)，通過(guò)轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)的連續(xù)運(yùn)行將落下的煤炭逐漸傳輸?shù)睫D(zhuǎn)運(yùn)輸送機(jī)內(nèi)，通過(guò)該轉(zhuǎn)運(yùn)輸送機(jī)將落下的大塊煤炭傳輸?shù)骄蝈^機(jī)后側(cè)的破碎機(jī)內(nèi)進(jìn)行破碎處理，破碎完成后將煤炭傳送到帶式輸送機(jī)內(nèi)，運(yùn)輸?shù)矫簜}(cāng)內(nèi)，實(shí)行了煤炭物料的不落地連續(xù)轉(zhuǎn)運(yùn)，有效提升了物料轉(zhuǎn)運(yùn)效率。

圖1 煤炭落煤工藝流程圖

清煤工序主要需要人工操控清掃設(shè)備對(duì)綜采面內(nèi)的浮煤進(jìn)行清掃，確保各類綜采設(shè)備能夠正常的移動(dòng)。支護(hù)主要采用了新的十臂跨騎式錨桿鉆車(chē)，能夠在巷道掘進(jìn)過(guò)程中自主完成巷道支護(hù)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)支護(hù)的并行作業(yè)，提升巷道支護(hù)效率和安全性。

2 錨桿鉆車(chē)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

傳統(tǒng)作業(yè)過(guò)程中采用的鉆車(chē)為八臂跨騎式錨桿鉆車(chē)，并且需要由人工操控鉆車(chē)進(jìn)行后排錨桿的支護(hù)，操作空間小，支護(hù)效率較低，因此在該快速掘進(jìn)工藝流程中，采用了十臂跨騎式錨桿鉆車(chē)[2]，該鉆車(chē)優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，將除塵風(fēng)道轉(zhuǎn)移到了車(chē)身中部，降低了鉆車(chē)寬度，增加了在巷道內(nèi)運(yùn)行的靈活性。優(yōu)化了錨鉆架的布置結(jié)構(gòu)，將6 組錨鉆架布置在鉆機(jī)前側(cè)，4組錨鉆架布置在鉆機(jī)后側(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)10 組錨鉆架的同時(shí)支護(hù)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)一次支護(hù)成型，同時(shí)在機(jī)尾處設(shè)置了爬梯，能夠?yàn)槿藛T通行提供通道。該鉆車(chē)的投入使用解決了傳統(tǒng)鉆車(chē)結(jié)構(gòu)體積大、無(wú)法實(shí)現(xiàn)錨護(hù)一體的難題，有效地提升了井下支護(hù)效率和運(yùn)行靈活性，優(yōu)化后的錨桿鉆車(chē)結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖2 所示。

圖2 十臂跨騎式錨桿鉆車(chē)結(jié)構(gòu)示意圖

為了防止掘進(jìn)作業(yè)過(guò)程中巷道頂部落石傷害，加強(qiáng)對(duì)作業(yè)和維修人員保護(hù)，在掘錨機(jī)后部與錨桿鉆車(chē)接觸的地方設(shè)置了移動(dòng)式的頂棚[3]，該機(jī)構(gòu)能夠隨著掘錨機(jī)和錨桿鉆車(chē)的運(yùn)行自動(dòng)移動(dòng)，通過(guò)液壓控制系統(tǒng)來(lái)控制頂棚的支護(hù)面積，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)人工通道和檢修通道的完全防護(hù)，避免產(chǎn)生意外傷害事故，也減少了人工支護(hù)作業(yè)時(shí)間，根據(jù)分析每天約能節(jié)約60 min 的檢修前支護(hù)時(shí)間，該移動(dòng)式頂棚的整體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

3 巷道掘進(jìn)面通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化

由于煤礦綜采面上粉塵濃度大，導(dǎo)致能見(jiàn)度降低，不僅給煤礦井下巷道掘進(jìn)安全和效率造成了較大的影響，而且還給井下作業(yè)人員的身體健康造成了極大的影響，因此需要對(duì)掘進(jìn)面的通風(fēng)作業(yè)方式進(jìn)行優(yōu)化，提高通風(fēng)除塵的能力，優(yōu)化掘進(jìn)面的工作環(huán)境。在對(duì)多種通風(fēng)方式進(jìn)行對(duì)比后，采用了長(zhǎng)壓短抽的方式對(duì)局部通風(fēng)進(jìn)行優(yōu)化[4]，在掘進(jìn)面還設(shè)置了干式降塵裝置，干式降塵裝置的功率可以根據(jù)掘進(jìn)面的面積進(jìn)行靈活選擇，通風(fēng)量不應(yīng)小于900 m3/min。通過(guò)對(duì)優(yōu)化后井下掘進(jìn)面的粉塵濃度分析，優(yōu)化后掘進(jìn)作業(yè)過(guò)程中掘進(jìn)面的粉塵質(zhì)量濃度由128.6 mg/m3降低到了 60.96 mg/m3，降低了 52.6%，通過(guò)對(duì)優(yōu)化前后巷道掘進(jìn)速度的分析，優(yōu)化后巷道的日進(jìn)尺由58 m 提高到了66.1 m，提升了13.9%，顯著提升了煤礦井下巷道的掘進(jìn)效率和安全性，目前該新的巷道快速掘進(jìn)工藝已經(jīng)在多個(gè)煤礦進(jìn)行了應(yīng)用，取得了極好的應(yīng)用效果。

圖3 移動(dòng)式頂棚結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論

1）對(duì)巷道掘進(jìn)工藝的改善主要集中于優(yōu)化落煤方式、運(yùn)煤方式及支護(hù)方式，解決落煤速度慢、支護(hù)效率低、運(yùn)煤方式不連續(xù)的難題；

2）十臂跨騎式錨桿鉆車(chē)通過(guò)對(duì)機(jī)身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，解決了傳統(tǒng)鉆車(chē)結(jié)構(gòu)體積大、無(wú)法實(shí)現(xiàn)錨護(hù)一體的難題，有效地提升了井下支護(hù)效率和運(yùn)行靈活性；

3）移動(dòng)式頂棚能夠隨著掘錨機(jī)和錨桿鉆車(chē)的運(yùn)行自動(dòng)移動(dòng)，每天約能節(jié)約60 min 的檢修支護(hù)時(shí)間，顯著提升了維修作業(yè)過(guò)程中人員的安全性；

4）優(yōu)化后掘進(jìn)作業(yè)過(guò)程中掘進(jìn)面的粉塵質(zhì)量濃度由128.6 mg/m3降低到了 60.96 mg/m3，降低了52.6%，優(yōu)化后巷道的日進(jìn)尺由58 m 提高到了66.1 m，提升了13.9%，表明該快速掘進(jìn)工藝具有較好的應(yīng)用推廣價(jià)值。