硬巖掘進(jìn)機(jī)在煤礦大斷面緩坡斜井建設(shè)中的應(yīng)用

崔永豐

（天地科技股份有限公司，北京 100013）

礦建工程是礦井建設(shè)的重中之重，特別是井筒掘進(jìn)往往是瓶頸。為提高建井速度，對(duì)有條件采用掘進(jìn)機(jī)的工程要盡量使用掘進(jìn)機(jī)，實(shí)現(xiàn)破、裝、運(yùn)的全機(jī)械化，并使安全性得到提高。

1 國內(nèi)掘進(jìn)機(jī)現(xiàn)狀

我國是掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)大國，目前年產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)1 200多臺(tái)，主要分為縱軸掘進(jìn)機(jī)和橫軸掘進(jìn)機(jī)，功率從55 kW到418 kW。國產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)截割巖石普氏系數(shù)范圍f3～f12，國內(nèi)EBH360橫軸掘進(jìn)機(jī)最大截割硬度已達(dá)f12，但當(dāng)巖石硬度超過f10時(shí)，掘進(jìn)機(jī)截齒消耗較大、零部件壽命降低，掘進(jìn)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性變差。近年來，掘進(jìn)機(jī)從輕型發(fā)展到中、重型，截割對(duì)象從煤拓展到了半煤巖、巖石，使用范圍有了質(zhì)的變化。掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得巖石巷道綜掘、井筒綜掘成為可能，為礦井建設(shè)加速創(chuàng)造有利條件。

2 工程概況

蒲縣昊興塬煤礦為資源整合礦井，井田面積9.339 2 km2，設(shè)計(jì)產(chǎn)能1.80 Mt/a。投產(chǎn)時(shí)礦井新建一條無軌膠輪車運(yùn)輸?shù)木徠赂毙本矁A角6.5°，斜長(zhǎng)1 050 m，設(shè)計(jì)為半圓拱形斷面，巷道凈寬5 m，井筒支護(hù)為錨桿、錨索、噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)。該井筒穿過的地層情況如表1所示。井筒平面和斷面圖見圖1和圖2。

表1 井筒穿地層順序表

圖1 副斜井井筒平面圖

圖2 副斜井井筒斷面圖

3 掘進(jìn)機(jī)型號(hào)參數(shù)及其適應(yīng)性

1）掘進(jìn)機(jī)的型號(hào)及參數(shù)：選用EBH315型掘進(jìn)機(jī)，經(jīng)濟(jì)截割硬度f≤10，局部f≤12，適用于各種類型底板半煤巖和巖巷掘進(jìn)，主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

2）工程適應(yīng)性分析：①截割面積和牽引速度。EBH315型掘進(jìn)機(jī)截割面積最大可達(dá)38 m2，當(dāng)前井筒掘進(jìn)斷面19.7 m2，可滿足井筒斷面一次成型掘進(jìn)需求。該型掘進(jìn)機(jī)牽引速度高，最大達(dá)到11m/min，可滿足快速施工需求。②爬坡能力。EBH315型掘進(jìn)機(jī)爬坡能力達(dá)到±16°，當(dāng)前井筒傾角最大6.5°，在其高效工作范圍內(nèi)，可縮短掘進(jìn)時(shí)間，提高掘進(jìn)速度。③作業(yè)效率。EBH315型掘進(jìn)機(jī)截割能力強(qiáng)，理論經(jīng)濟(jì)截割巖石硬度≤f 10，實(shí)際應(yīng)用證明：巖石硬度≤f 8時(shí)可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)截割，超過f 8則截齒消耗大，單米巷道掘進(jìn)費(fèi)用偏高。該掘進(jìn)機(jī)采用齒輪齒條式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可為截割機(jī)構(gòu)提供穩(wěn)定的回轉(zhuǎn)力矩；采用集中自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)和智能化的西門子PLC控制器，潤(rùn)滑可靠性高，勞動(dòng)強(qiáng)度小；電控系統(tǒng)更加智能化和人性化；掘進(jìn)機(jī)截割頭采用國際一流設(shè)計(jì)，單刀力量大，截齒布置合理，破巖過構(gòu)造能力強(qiáng)，提高了掘進(jìn)工作效率。

表2 EBH315型掘進(jìn)機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)

4 應(yīng)用效果分析

1）施工進(jìn)度。副斜井工程總長(zhǎng)度1 050 m，基巖風(fēng)化段26 m，其余均為巖石巷道，計(jì)劃工期10個(gè)月。采用綜掘工藝后，井筒施工日進(jìn)度高達(dá)8 m/d，平均月進(jìn)度達(dá)150 m，實(shí)際工期215 d，比計(jì)劃工期提前3個(gè)月。經(jīng)分析，綜掘效率高主要得益于以下方面：1）選用綜掘機(jī)功率大，破巖能力強(qiáng)，很大程度上節(jié)省了落巖時(shí)間，為最費(fèi)時(shí)間的支護(hù)工藝創(chuàng)造了條件。2）該井筒所穿地層巖性穩(wěn)定，巖石硬度基本在7.5左右，超過8的很少，很利于綜掘機(jī)工作。3）采用綜掘施工影響因素少，避免了使用火工品受運(yùn)輸條件、政策因素等影響，提高了有效掘進(jìn)時(shí)間。4）礦石運(yùn)輸采用帶式輸送機(jī)，材料運(yùn)輸采用無軌膠輪車，運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)連續(xù)化，效率較高。

2）施工質(zhì)量與安全。與炮掘相比，綜掘破巖基本上避免了超挖和欠挖，巷道成型較好，減少了“敲幫問頂”時(shí)間，也減小了“敲幫問頂”工藝的安全風(fēng)險(xiǎn)，具有好的巷道成型，能有效增加控頂距，為破巖和支護(hù)工藝并行作業(yè)提供有利條件。在施工安全方面，綜掘減少了爆炸材料可能帶來的安全隱患，其高效的內(nèi)外噴霧系統(tǒng)，降低了巖粉塵，凈化了井下工人工作環(huán)境。

3）存在的問題。巖巷掘進(jìn)機(jī)雖在昊興塬井筒工程實(shí)踐中取得較好效果，但其應(yīng)用還僅僅局限于普氏系數(shù)小的巖石巷道，局限于地質(zhì)構(gòu)簡(jiǎn)單、巖石節(jié)理不發(fā)育的掘進(jìn)工作面。當(dāng)巖石硬度大、巖石節(jié)理發(fā)育、地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行效能較低，截齒消耗高，掘進(jìn)成本增加。再者，受掘進(jìn)機(jī)特性的影響，巷道斷面難以掘成標(biāo)準(zhǔn)的半圓拱或矩形斷面，巷道美觀和承壓性能稍差。

5 結(jié)束語

該項(xiàng)目的實(shí)施獲得成功，取得了良好的安全效果及經(jīng)濟(jì)效益，確保了EBH315型掘進(jìn)機(jī)在全硬巖條件下的高效安全使用，減少井筒工期3個(gè)月，為礦井建設(shè)的其他工序創(chuàng)造了有利條件，也為相似條件下大斷面井筒采用綜掘工藝積累了經(jīng)驗(yàn)，解決了長(zhǎng)距離緩坡斜井建設(shè)中制約煤礦無軌膠輪車應(yīng)用的瓶頸問題。

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