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        巖巷快速掘進技術的探索及應用

        2022-07-25 09:02:10張冠華
        煤炭與化工 2022年6期
        關鍵詞:鑿巖機械化錨桿

        張冠華

        (冀中能源股份有限公司 邢東礦,河北 邢臺 054000)

        0 引 言

        巖巷掘進施工是煤礦布置采區(qū)巷道的重要組成部分,而長期以來,我國巖巷掘進設備落后、工藝落后、機械化程度低。制約巖巷掘進施工的主要因素是鑿巖、裝運、支護,優(yōu)化鑿巖、裝運、支護的效率,提高掘進施工效率,對巖巷掘進施工很有必要。通過設備升級、技術革新提高鑿巖、裝運、支護工序的機械化程度,改善、優(yōu)化施工工藝,在安全的前提下最大化平行作業(yè),合理接續(xù)各工序,充分發(fā)揮設備優(yōu)勢,綜合提高掘進效率。邢東礦引進了一種集鑿巖、支護與裝運于一體的高效綜合掘進設備—煤礦用鉆裝錨機組進行巖巷進尺,鉆裝錨機組投入使用后,提高了煤礦巖巷掘進機械化作業(yè)水平,提升了掘進速度,使掘進施工作業(yè)更加安全,同時節(jié)約人力物力,解決了巖巷掘進效率低、工藝落后的生產(chǎn)難題[1]。

        1 煤礦巖巷快速掘進技術現(xiàn)狀

        隨著經(jīng)濟的發(fā)展,我國以煤炭為主的能源結構長期存在,對煤炭需求增大的情況長期不變,這就導致煤礦的開采力度逐漸提高,易采煤炭減少,煤礦開采逐步面臨環(huán)境差、難度大、復雜度高的困境。同時,煤礦行業(yè)內(nèi)的各個企業(yè)為確保自身競爭力,在日益激烈的競爭中占據(jù)一席之地,必須通過更安全、更高效的方式來實現(xiàn)。從目前來看,我國對于煤礦的開采多是以巖層為基礎,通過布置巖石大巷貫通煤層,從而實現(xiàn)煤層的開挖,因此巖巷快速掘進技術在煤炭供不應求的行業(yè)背景下、在煤礦大區(qū)接替緊張的情況下應運而生。巖巷快速掘進技術既是通過采用新技術、新設備,充分發(fā)揮設備優(yōu)勢,優(yōu)化施工工藝,在提高安全系數(shù)的前提下,逐步提高巖巷掘進效率,有效緩解礦井大區(qū)接替緊張的情況,確保礦井煤炭開采穩(wěn)步提升。

        2 巖巷掘進工作面支護參數(shù)

        邢東礦核定生產(chǎn)能力125 萬t/a,主要生產(chǎn)地區(qū)集中在-760 水平,按礦井生產(chǎn)情況,必須加快1300 采區(qū)準備巷道的掘進,確保1300 采區(qū)首采面按時達到出煤能力。

        (1) 巷道規(guī)格:5 000 mm×3 600 mm(凈斷面),拱高2 600 mm,起拱線距底板1 100 mm。

        (2) 支護方式:采用全斷面錨噴支護方式,采用φ22 mm×2 400 mm 螺紋鋼高強錨桿,間排距為800 mm×800 mm,頂板采用φ21.8 mm×8 500 mm19 股鋼絞線錨索加強支護,五花眼布置,間排距1 600 mm×1 600 mm;噴射混凝土C20,噴厚100 mm。

        (3) 施工質(zhì)量要求。

        錨桿:間排距允許誤差為±100 mm,外露長度10 ~ 50 mm,預緊扭距不小于450 N·m,錨固力≥125 kN。

        錨索:預緊力≥120 kN,外露長度150 ~250 mm。

        鋪連網(wǎng)要求:所有網(wǎng)片符合設計要求,網(wǎng)應鋪展鋪平,網(wǎng)的搭接長度不小于100 mm,并每隔200 mm 用雙股14 號網(wǎng)絲連接一道,雙扣擰緊。

        錨桿角度:頂幫錨桿角度符合設計要求,誤差±15°。

        巷道支護斷面示意如圖1 所示。

        3 巖巷掘進工作面爆破參數(shù)

        采用爆破方式進行巖巷施工,爆破器材使用煤礦二級許用乳化炸藥,藥卷規(guī)格為φ35 mm×210 mm,重200 g,使用Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ段煤礦許用毫秒電雷管,F(xiàn)D-200D 直流型發(fā)爆器起爆。

        爆破參數(shù)如下:

        圖1 巷道支護斷面示意Fig.1 Roadway support section

        4 巖巷快速施工工藝

        4.1 原始施工工藝

        采用7655B 型氣腿式鑿巖機打爆破眼,裝藥爆破,使用P-60B 型耙?guī)r機配合4OT 型刮板輸送機連續(xù)出貨。

        該施工方法工藝簡單,使用范圍廣,巷道斷面大小對該工藝不造成影響,且通過多臺鑿巖機的協(xié)同配合及打眼、裝巖的錯位平行作業(yè)可以有效提高施工效率[2]。但該工藝同樣存在許多不足:一是機械化水平低、安全系數(shù)低、勞動強度大;二是操作人員對設備的熟練程度決定著施工效率,穩(wěn)定性差;三是工作環(huán)境差、巷道迎頭積貨多、濕式作業(yè)造成耙?guī)r機出貨稀泥多,每循環(huán)扒裝時間需2~3 h,每進尺40 m 就需要倒一次系統(tǒng),進行迎頭出砟、移耙?guī)r機、縮溜子、延長皮帶等工序,既費時費力,又影響進度。

        4.2 第一代設備更新

        采用液壓鉆車打設炮眼,鏟斗式扒裝機配套橋式皮帶連續(xù)化出貨。該工藝優(yōu)勢明顯,一是提高了機械化程度和安全系數(shù),降低了勞動強度,同時提高了打眼及出貨效率;二是液壓鉆車能很好的控制炮眼方向,有效減少光爆施工偏差,減少圍巖擾動,后續(xù)巷道成型好,安全服務年限長。但2 套設備的配套使用需要前后移車,對巷道斷面參數(shù)要求大,不適用小斷面巷道施工,同時設備多導致設備維修量增加,備用設備配件使成本大大提高。

        4.3 第二代設備更新

        為解決第一代設備更新后存在的問題,通過引進鉆裝錨一體機組,在保持了原設備優(yōu)勢的前提下,減少設備數(shù)量,減少維修量,降低成本,同時避免了互相移車對巷道斷面的要求,增加了使用范圍。

        通過優(yōu)化勞動組織,確保各工序銜接、轉(zhuǎn)換,保證生產(chǎn)組織的良性推進,解決了巖巷掘進機械化水平低、效率低的問題,實現(xiàn)了巖巷炮掘單進水平的提升,經(jīng)實際應用,達到了連續(xù)4 個月進尺超150 m,最高月進尺160 m 的炮掘巖巷單進新水平。

        (1) 鉆裝錨機組介紹。

        邢東礦于2019 年和石家莊煤機廠合作研發(fā)了鉆裝錨機組,該機組集鑿巖、鉆孔與裝載出渣于一體,其應用大幅度提高了煤礦巖巷掘進機械化水平和掘進速度,改善了作業(yè)環(huán)境,降低了職工勞動強度。

        (2) 施工工序。

        液壓鑿巖機打設炮眼—退機破巖—鏟斗出貨—液壓錨桿機組支護

        (3) 鉆裝錨一體機優(yōu)勢。①整機鉆進效率高,尤其是對硬度較高的脆性巖石效果更佳;②雙臂鑿巖機動靈活,鉆臂調(diào)節(jié)靈敏,能在巷道斷面任意位置鉆孔;③鏟臂扒取矸石,直接進入自身的刮板運輸機,并卸載到橋式皮帶上,做到了連續(xù)出貨;④鏟斗清理矸石,可以全斷面覆蓋,避免了人工輔助清理兩側矸石,減少工作量。

        5 結 語

        我國的煤礦快速掘進技術雖然已經(jīng)有了很大的發(fā)展和提高,但仍存在發(fā)展空間,綜合管理,研發(fā)新設備,開發(fā)新技術等都是提高掘進效率,減少安全隱患的重要課題。改善作業(yè)環(huán)境,對掘進機械進行智能化改進,在現(xiàn)有的技術上不斷創(chuàng)新,不斷發(fā)現(xiàn)問題并不斷解決,才能使這項技術更適應當代社會發(fā)展的要求。

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