巖巷掘進機械化工藝及裝備的應用

文/黃壘,淮南礦業集團謝橋煤礦

巖巷掘進機械化工藝及裝備的應用

文/黃壘,淮南礦業集團謝橋煤礦

目前國有煤礦綜合采煤機械化程度已達96%以上，大量的礦井實現了全綜合機械化開采，用人少，工效高，勞動強度低，安全保障大幅度提高，綜采工作面推進度已達1000m/年以上。掘進工藝與裝備近年來有所進步，2013年國有煤礦綜掘機械化程度已達46%，但遠落后于采煤技術的快速提升。特別巖巷掘進，懸臂式巖巷掘進機的應用，解決了巷寬＞3.6m、一次掘進長度＞500m、巖石硬度f＜7、巷道坡度≤16°的施工條件較好的巖巷綜合機械化施工問題，但大多數掘進工作面仍沿用傳統的炮掘工藝，遠不能適應煤礦高產高效的需要。因此，研究和探索中小斷面、大傾角、一次掘進長度較短、較硬圍巖的復雜施工條件下巖巷機械化掘進成套裝備，顯得尤為緊迫。

掘進機械化 鉆裝機 爆破設計

1 巖巷掘進工藝和施工裝備的現狀及問題

在目前設備制造水平下，采用切削法破巖的懸臂式巖巷掘進機，實際最大經濟破巖能力f≈7，且對巷道斷面、坡度有一定的要求，巖石硬度f＞7、一次掘進長度較短（＜500m）時采用巖巷掘進機施工明顯不經濟。鉆爆法仍然是巖石工程施工的主要方法。

采用鉆爆法施工，目前有兩種方法：

1.采用人工風錘打眼爆破，耙裝機將矸石裝入礦車或膠帶輸送機進行排矸。該方法靈活機動，適應各種施工條件，但用人多，工效低，作業環境惡劣，安全威脅大。一般掘進工作面需配備70～7 5人/隊，平均單進一般維持在80～120m/月·隊。

2.采用鑿巖臺車打眼爆破，側卸式裝巖機將矸石裝入礦車或膠帶輸送機進行排矸。該方法單進水平雖然與傳統的炮掘工藝相近，但工效可提高20～30%，且作業環境、施工安全得到改善。由于鑿巖臺車和側卸式裝巖機需前后更換位置，仍受巷道寬度的限制，使用率不高。

通過試用鉆裝機，改進爆破設計，形成了鉆裝機+二運+膠帶輸送機（或礦車）的機械化作業線，較好地解決了復雜施工條件下機械化掘進的難題，提高了掘進工效和施工安全保障能力，減輕了職工的勞動強度，為多層次發展掘進機械化進行了有益的嘗試。

2 鉆裝機的主要技術特點

鉆裝機是集鑿巖與裝載、排矸于一體的綜合掘進設備，主要用于中小斷面（巷寬3.6m左右）、巷道坡度≤20°、巖石硬度f＞7的巖巷掘進施工。該設備體積小，拆裝靈活，通過鉆臂實現打眼作業，還能進行爆破后的連續排矸作業，迎頭設備配置少，避免了窄巷多種設備作業時的錯車問題，有較好的施工適應性，降低了工人的勞動強度，保障了人員的作業安全，提高了巖巷掘進效率。其主要特點：

1.集打眼與裝載為一體，能在爆破后快速切換至裝載作業。

2.打眼鉆進效率高，尤其是對硬巖效果更好。

3.采用刮板運輸機進行矸石轉運，可與礦車或膠帶運輸機靈活配合。

4.具有手動和遙控兩種操作方式，其中行走和扒裝可采用無線遙控操作。

5.采用中高壓液壓系統先導閥控制，系統保護齊全，工作平穩。

3 鉆裝機作業條件下的爆破設計

在人工打眼、耙裝機裝載的作業條件下，由于耙裝機保護要求低，為提高爆破效果，通常采用斜眼掏槽方式，掏槽眼角度一般為77°，其主要缺點是掏槽眼角度控制困難，爆破后矸石拋擲距離遠（18-20m）；爆堆分散不集中，矸石清理工作量大，明顯不適合鉆裝機作業。

在鉆裝機作業條件下，鉆裝機液壓管路多，保護要求高，既要提高掏槽眼爆破效果，又要確保爆破后的矸石集中堆積和合理塊度，方便裝載作業，經多次現場試驗，將原斜眼掏槽改為中深孔不同階微差斜眼掏槽的方法。

根據鉆裝機性能，設計掏槽眼深2100mm，掏槽眼角度增加至87°以方便鉆裝機打眼；增設空眼并裝 1～2支藥卷，保證在掏槽眼起爆時把殘巖進一步破碎和拋出，增加掏槽有效深度。輔助掏槽眼角度90°；周邊眼左側比右側多裝炸藥0.5卷/眼，將左側矸石集中崩向右側，集中在鉆裝機前方，方便爆破后鉆裝機的裝載排矸。

通過上述改進，爆破后可將60%矸石集中在迎頭5m范圍內，迎頭向后5m～20m范圍內矸石較少；巷道左側迎頭向后15m以外幾乎無矸石，爆破后矸石塊度均勻且集中，便于鉆裝機裝載作業；縮短了鉆裝機的后退距離，減小了保護設備占用時間，提高了工時利用，炮眼利用率達95%左右，取得了較好的爆破效果。

4 工業性試驗

鉆裝機作業線的工業性試驗以某礦二水平主運大巷使用CMZY 2-150/20巖巷雙臂鉆裝機為例，工業性試驗自2014年11月開始，至2015年1月累計進尺261m，平均日進3.03m；與傳統的人工打眼炮掘工藝相比，掘進隊定員由原來的75人減少到55人，平均工效由原來的1.3m/月提高到1.73m/月，掘進工效提高 60%；操作人員遠離迎頭，有效防止頂板事故發生；實現了打眼排矸全機械化操作，減輕了工人的勞動強度；降低了噪音污染，改善了作業環境。

5 結語

鉆裝機是集鉆孔、裝載、運輸、行走、噴霧滅塵于一體的綜合打眼與裝載設備，具有施工適應性強、機械化程度高、經濟實用等優點。與傳統的人工打眼炮掘工藝相比，具有機械化程度高、用人少、效率高、操作安全的優點；與鑿巖臺車作業線相比，具有掘進迎頭的設備配置少，對巷道寬度適應性強的優點；與巖巷綜掘作業線相比，具有投資省，對圍巖硬度、巷道坡度有較為廣泛適應性的特點。特別是在中小斷面、較大坡度及硬巖巷道的掘進施工中，具有明顯的優勢，有很好的的推廣價值。