姜濤

（華陽新材料科技集團(tuán)有限公司，山西 陽泉 045000）

1 概 況

華陽集團(tuán)一礦為解決施工中存在的機(jī)械化程度低、勞動強(qiáng)度高、掘進(jìn)效率低、工作環(huán)境差等問題，決定建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)智能化工作面，幫助礦井高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。2021年10月底在81405工作面走向高抽巷（以下簡稱81405高抽巷）試用江蘇神盾EQS3000型全斷面盾構(gòu)機(jī)。盾構(gòu)機(jī)是先進(jìn)的掘進(jìn)裝備，集破、裝、支于一體，使用先進(jìn)的電子、信息遙測、遙控智能化系統(tǒng)，在掘進(jìn)施工方面具有眾多優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過試用研究，有效提高了掘進(jìn)效率，改善了作業(yè)環(huán)境，并設(shè)計(jì)了井下填充工藝，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，為綠色礦山建設(shè)提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)和思路。

2 礦井及巷道基本情況

2.1 礦井概況

華陽集團(tuán)一礦始建于1956年7月21日，1979年9月投產(chǎn)，位于陽泉市西北部和盂縣東南部，東鄰原集團(tuán)公司四礦，南鄰集團(tuán)公司三礦、新景礦，西鄰集團(tuán)公司七元礦，北鄰蔭營煤礦及程莊煤礦。井田東西走向長約14.5 km，南北寬約9.8 km，井田面積83.6 km2，現(xiàn)地質(zhì)儲量5.6億t，可采儲量3.25億t，礦井生產(chǎn)能力850萬t/a，主采15號煤層，剩余服務(wù)年限27 a。

2.2 井上下位置

華陽集團(tuán)一礦81405高抽巷地面相對位置位于大紅簡溝以東，高家溝以南，巨溝以西，石建坪梁以北的山梁溝谷地帶。井下位于十四采區(qū)西北部，東部為本采區(qū)采區(qū)大巷，西部為十六采區(qū)（未掘進(jìn)），北部為81403回采工作面（已回采），南部為81407回采工作面（未掘進(jìn)）。

2.3 巷道概況

81405高抽巷設(shè)計(jì)長度為1 690 m，其中包含盾構(gòu)機(jī)始發(fā)硐室200 m、盾構(gòu)機(jī)施工長度1 490 m。設(shè)計(jì)沿11號煤頂板K4石灰?guī)r上方的細(xì)砂巖掘進(jìn)的全巖巷道，和15號煤層間距平均約為55 m。巷道坡度最小1°，最大6°，平均4°。巷道形狀圓形，凈直徑3 m，凈斷面7.065 m2。地面標(biāo)高1 096.6—1 255.0 m，井下標(biāo)高743.9—822.9 m。

2.4 巷道支護(hù)

頂板采用“單體錨桿+鋼筋網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)。每排布置4根錨桿，錨桿使用φ20 mm×1 800 mm的左旋螺紋鋼錨桿，間、排距1 000 mm，第2、3眼距巷道中線500 mm，托板采用150 mm×150 mm×10 mm拱形托板，配合高強(qiáng)螺母、高強(qiáng)托板調(diào)心球墊和尼龍墊圈。1 500 mm×1 000 mm的鋼筋網(wǎng)（φ6.5 mm×100 mm×100 mm、搭接側(cè)帶勾）。

3 盾構(gòu)機(jī)基本情況

EQS3000型全斷面盾構(gòu)機(jī)主要用于煤礦巖石巷道掘進(jìn)。由刀盤、驅(qū)動、前護(hù)盾、伸縮護(hù)盾、撐緊盾、撐緊系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、超前鉆機(jī)、錨桿鉆機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)、后配套拖車等構(gòu)成。在地質(zhì)條件較好、單軸抗強(qiáng)度30～180 MPa、圍巖穩(wěn)定、斷裂帶少、巷道轉(zhuǎn)彎半徑大于300 m的條件下使用。集掘進(jìn)、出渣、支護(hù)、除塵、通風(fēng)、導(dǎo)向技術(shù)于一體，使用電子信息遙測遙控，對全部作業(yè)過程實(shí)施制導(dǎo)及監(jiān)控，自動化、信息化、智能化程度高。

盾構(gòu)機(jī)主要機(jī)構(gòu)如圖1所示。

圖1 盾構(gòu)機(jī)設(shè)備模型Fig.1 Model of shield machine equipment

4 盾構(gòu)機(jī)作業(yè)線情況

4.1 作業(yè)線配套

工作面設(shè)備布置如圖2所示。

圖2 工作面設(shè)備布置Fig.2 Equipment layout of working face

工作面掌頭安裝EQS3000全斷面盾構(gòu)機(jī)，實(shí)現(xiàn)截割和裝載，矸石經(jīng)刀盤中心的溜渣槽，落到一運(yùn)皮帶機(jī)、二運(yùn)皮帶機(jī)，后經(jīng)高抽巷DJS80/20/2×160型高強(qiáng)度皮帶機(jī)運(yùn)輸，再經(jīng)采區(qū)2部皮帶機(jī)轉(zhuǎn)載至充填巷立眼。立眼安裝P-90B型耙?guī)r機(jī)，將矸石轉(zhuǎn)載至DJS80/2×55型可伸縮皮帶機(jī)，至HDJA00型充填拋矸上料機(jī)和TCJ-D80/30/67型拋矸機(jī)，實(shí)現(xiàn)井下就地充填。為減少立眼下設(shè)備事故，根據(jù)巷道實(shí)際情況，在充填巷外同步布置ZWY-80型扒渣機(jī)配套皮帶機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸。

4.2 施工工藝

巷道掘進(jìn)使用EQS3000全斷面盾構(gòu)機(jī)，即利用帶有滾刀的刀盤擠壓將巖石剝落成小塊矸石，通過刀盤鏟刀將矸石碎塊帶到刀盤正面4個(gè)出渣鏟斗上，經(jīng)刀盤中心的溜渣槽，落到一運(yùn)皮帶機(jī)、二運(yùn)皮帶機(jī)后，經(jīng)順槽和采區(qū)皮帶機(jī)出矸，在充填巷進(jìn)行就地充填。

5 盾構(gòu)機(jī)試用情況

5.1 進(jìn)尺完成情況

EQS3000全斷面盾構(gòu)機(jī)從2021年11月1日正式投用以來，當(dāng)月完成進(jìn)尺608 m。平均日進(jìn)20.26 m，最高日進(jìn)51 m（11月28日）；平均班進(jìn)10.13 m，最高班進(jìn)28.2 m。11月日進(jìn)尺完成情況如圖3所示。

圖3 日進(jìn)尺完成情況Fig.3 Progression completion

5.2 工序用時(shí)情況

盾構(gòu)機(jī)為自動化連續(xù)化掘進(jìn)裝備，接班準(zhǔn)備完后，開始開機(jī)掘進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)作業(yè)處于不停機(jī)狀態(tài)，即前部刀盤一直運(yùn)行截割，盾體后部平臺進(jìn)行支護(hù)施工，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化平行作業(yè)。

5.3 排矸充填情況

設(shè)計(jì)了井下填充工藝，打造了巖巷掘進(jìn)和矸石井下充填新模式。前期在采區(qū)口施工一條大斷面充填巷，巷道實(shí)際施工長度750 m，沿15號煤層頂板掘進(jìn)，凈寬6.0 m，凈高5.0 m，凈斷面30 m2，設(shè)計(jì)充填體積20 000 m3，經(jīng)測算基本滿足81405高抽巷掘進(jìn)矸石量。矸石充填實(shí)現(xiàn)了矸石井下就地充填，減少了至地面的多道運(yùn)輸環(huán)節(jié)，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

6 試用效果分析

6.1 盾構(gòu)機(jī)作業(yè)線優(yōu)勢

（1）掘進(jìn)效率高。盾構(gòu)機(jī)通過一個(gè)月的應(yīng)用，完成進(jìn)尺608 m，最高日進(jìn)51 m，創(chuàng)造了該礦巖巷月進(jìn)、日進(jìn)記錄，掘進(jìn)水平是原來的3～4倍。

（2）機(jī)械化、成套化、智能化程度高。盾構(gòu)機(jī)是先進(jìn)的掘進(jìn)裝備，實(shí)現(xiàn)截割、裝運(yùn)、支護(hù)工藝的全部機(jī)械化、連續(xù)化作業(yè)，且有自動作業(yè)、調(diào)整、監(jiān)控的信息化和智能化模式，實(shí)現(xiàn)了高標(biāo)準(zhǔn)智能化掘進(jìn)工作面。

（3）作業(yè)環(huán)境好。全機(jī)械化、自動化的作業(yè)模式，勞動強(qiáng)度顯著降低，刀盤噴霧裝置從源頭實(shí)現(xiàn)噴霧降塵，配套除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)一步控制懸浮粉塵，改善了工作面的作業(yè)環(huán)境。

（4）安全性高。通過刀盤截割、護(hù)盾臨時(shí)支護(hù)，加之巷道狀況好，人員在永久支護(hù)下作業(yè)，具有較高的安全性。

（5）支護(hù)成本低。巷道斷面為圓形，且成型質(zhì)量好，圍巖破壞少，巷道整體狀況良好。現(xiàn)場錨桿布置數(shù)量少，支護(hù)成本大大降低。

6.2 盾構(gòu)機(jī)作業(yè)線存在的問題

（1）轉(zhuǎn)向性能差。盾構(gòu)機(jī)坡度原則控制在5°以內(nèi)，對巖層坡度變化適應(yīng)性差。如遇到層位條件較大變化，若不能及時(shí)調(diào)整到位坡度，將會給正常掘進(jìn)帶來較大影響。

（2）巷道圍巖要求高。盾構(gòu)機(jī)盾體長度近10 m，在截割作業(yè)后，靠護(hù)盾進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。如遇到泥巖等圍巖松軟破碎巖性，會出現(xiàn)頂幫破碎掉矸，造成設(shè)備運(yùn)行和支護(hù)困難。在施工時(shí)，要動態(tài)調(diào)整巷道坡度，控制在穩(wěn)定巖性層位內(nèi)，實(shí)現(xiàn)高效掘進(jìn)。

（3）準(zhǔn)備工程多。盾構(gòu)機(jī)作業(yè)線前期需要構(gòu)系統(tǒng)工程量大，施工安裝硐室，安裝周期長；后期需施工拆除硐室，拆除影響大。

7 結(jié) 語

華陽集團(tuán)一礦通過首臺小斷面巖巷盾構(gòu)機(jī)試用，對盾構(gòu)機(jī)工藝有了深入認(rèn)識，積累了成套化掘進(jìn)裝備的經(jīng)驗(yàn)。通過盾構(gòu)機(jī)的使用，提高了工作面機(jī)械化、智能化程度，生產(chǎn)效率顯著提高，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化平行作業(yè)，改善了作業(yè)環(huán)境；設(shè)計(jì)的矸石井下充填工藝的成功應(yīng)用，為集團(tuán)公司提供了井下矸石解決方案，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，為綠色礦山建設(shè)提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)和思路。