煤礦自制掏槽機與人工掏槽在煤礦密閉施工過程中的應用對比

尚利民 楊 君

（內蒙古鄂爾多斯市東勝區煤炭局 神東煤炭集團公司，內蒙古 鄂爾多斯 017000）

0 引言

進入21世紀國內煤炭行業機械化配套程度顯著提高，機械配套的自動化、信息化水平有極大地提升，在煤礦主體生產線中得到了充分的體現，但由于礦井施工內容繁多，除主體生產線以外，輔助生產的工作內容和工作量也非常大，神東單個礦井每年施工的密閉數量在100個以上，如何提升掏槽效率是擺在開拓準備中心乃至神東公司的一項重大課題，當前國內各礦井密閉施工掏槽仍采用人工操作風鎬的方式進行，導致掏槽作業效率低，且安全條件無法保障，神東開拓準備中心自制了掏槽機，國內首次采用機械掏槽作業取代人工掏槽作業，從根本上改變了掏槽的作業方式，很好地解決了傳統掏槽作業方式效率低、安全性差的弊端，進一步提高了國內礦井輔助生產環節機械化配套水平。

1 自制掏槽機與人工掏槽的工藝對比

煤礦密閉掏槽以往采用人工掏槽工藝，即人員操作手持式風鎬進行作業，2017年下半年神東開拓準備中心自主研制了煤礦掏槽機，并將該機械投入神東錦界煤礦使用，完全取代以往的人工掏槽工藝，掏槽機主要由截割部、行走部、回轉平臺、設備操作平臺、電氣系統、液壓系統組成[1-2]。

1.1 人工掏槽工藝

（1）密閉施工前首先標定密閉位置，密閉位置除滿足設計要求外，同時還應確保施工安全，在動壓影響小、圍巖穩定、巷道規整的巷段內施工，密閉外側離巷口的距離不超6m。密閉前5m內巷道支護完好，無片幫、冒頂，無雜物、積水和淤泥，無瓦斯積聚。

（2）必須按設計規格掏槽，掛網巷道要破網后掏槽，巖石不要求掏槽，但必須將松動巖體刨除，堅硬巖體（堅硬巖石時刨出麻面）。掏槽之前要將周邊頂幫的網片、鋼帶剪斷，防止雜散電流導入封閉聯巷內。

（3）掏槽作業時，必須至少有兩人同時作業，掏槽前及掏槽過程中，必須嚴格執行敲幫問頂制度，防止片幫、渣塊等砸傷人員、設備等。

（4）人工掏槽后頂板都要掛網片及“此處已掏槽，人員禁止停留”牌板，網片寬度要超過掏槽寬度，兩側用鐵絲與原有網片綁扎，綁扎間距不大于0.3m。

（5）掏槽位置處有錨桿等支護材料時，支護處200×200mm范圍內不得掏槽，保證支護不受影響。

（6）采用人工掏槽，用風鎬在砌筑密閉的聯巷兩幫、頂、底掏槽，幫槽深度0.5m、頂槽深度0.3m、底槽深度0.2m。

1.2 自制掏槽機工藝

（1）施工人員必須經培訓合格后持證上崗，且作業過程中嚴格執行掏槽機操作規程。

（2）使用掏槽機掏槽時，一般情況下，應從煤壁下部開始截割，首先掏底槽。掏半煤巖時，應先掏煤體再掏巖體，即按先軟后硬的程序。

（3）使用掏槽機掏槽時，對于硬巖（煤）采取由上而下的截割順序。

（4）使用掏槽機掏槽時，對于破碎頂板，應采取留頂板煤，先掏兩幫，最后掏頂的方法。

（5）掏槽位置處有錨桿等支護材料時，頂部支護處200×200mm范圍內不得掏槽，保證支護不受影響，幫部支護處錨桿按報廢處理。

（6）掏槽結束及人工掏槽后頂板都要掛網片及“此處已掏槽、人員禁止停留”的安全警示牌板。網片寬度要超過掏槽寬度，如網片寬度不足，則需要補搭網片，則網片間按不大于0.2m一道綁扎牢靠后，兩側再用鐵絲與原有網片綁扎，綁扎間距不大于0.3m。

（7）截割工藝與流程。為了減少掏槽機的載荷，提高生產能力，一般先截割煤壁下部。正確的截割順序：截割半煤巖時，應先截割煤體再截割巖體，既按先軟后硬的程序；對于較均勻的中硬煤層，應先割柱窩，掏底槽，由下向上橫向截割；對于硬巖（煤），采取由上而下的截割順序。

2 自制掏槽機與人工掏槽的安全保障對比

2.1 人工掏槽在安全方面的優勢及劣勢

2.1.1 人工掏槽在安全方面的優勢

（1）人工掏槽作業設備簡單，作業工具為風鎬及配套風管，現場無大型設備和移動機械，因此避免了大型機械傷人的可能性。

（2）基于上述原因，人工掏槽長距離轉移工作地點時不需要大型輔助車輛，避免了輔助運輸事故發生的風險。

2.1.2 人工掏槽在安全方面的劣勢

（1）人工掏槽，由于風鎬由人員手持作業，所以破巖點距離操作人員不足1m，且操作人員在手持風鎬的情況下，限制其快速躲閃掉落碎渣的能力，因此碎渣掉落砸傷人員的可能性極大。

（2）人員手持風鎬或在抬升風鎬過程中，由于G20型風鎬重達20kg，且風鎬持續進行沖擊震動，風鎬易發生滑落砸傷操作人員或下方作業人員。

（3）人工掏槽，由于巷道高度通常為3.5～4m，頂槽及幫槽的中部和頂部通常需要搭設腳手架進行登高作業，登高作業增加了作業的危險性。

（4）人工掏槽，由于人員距采空區較近，采空區低氧或有毒有害氣體溢出發生人員窒息的可能性增大。

（5）人工掏槽方式，由于作業效率低，通常安排3-4人同時操作風鎬施工同一槽體，同一地點多人平行作業增加了員工互保、聯保的難度。

2.2 自制掏槽機掏槽在安全方面的優勢及劣勢

2.2.1 自制掏槽機掏槽在安全方面的優勢

（1）由于掏槽機整體類似于一小型綜掘機，人員在駕駛室內操作，由于有截割懸臂，破巖點與操作人員通?？杀３?.5m以上的距離，且人員在駕駛室的封閉型護罩的保護下操作，完全杜絕了碎渣掉落傷人的可能性。

（2）采用自制掏槽機，由于人員在駕駛室內控制液壓閥組，全部掏槽動作均由懸臂帶動截割頭進行，操作人員在駕駛室就可以任意控制截割頭，實現截割頭的抬升與移動。因此操作人員全程在駕駛室內，完全避免了傳統登高作業的風險。

（3）基于上述原因，采用自制掏槽機人員距離采空區側較遠，進一步降低了采空區低氧或有毒有害氣體溢出造成人員窒息的可能性。

（4）采用自制掏槽機作業由于現場除掏槽機司機外，在與掏槽機保持安全距離處留設一人看護掏槽機電纜，防止機械壓損電纜，所以該作業方式將現場作業地點人數由3人減少至1人，提升了現場安全作業的條件。

2.2.2 自制掏槽機掏槽在安全方面的劣勢

（1）自制掏槽機由于重量達3.2t，履帶行走方式不適合長距離轉移工作面，因此需要配套大型輔助運輸車輛進行轉移，增加了輔助運輸可能導致事故發生的環節。

（2）自制掏槽機屬于專業機械設備，需要對作業人員進行專業培訓，使其對機械原理和液壓原理有較清晰的認識，人員誤操作可能導致人員的傷害或設備的損壞。

3 自制掏槽機與人工掏槽的效率及效益的對比

神東開拓準備中心自制掏槽機自投入神東錦界煤礦使用14個月來，總計完成密閉142道，每道密閉由1組槽體組成，即0.5m寬及1.75m寬槽體各一個[3-5]，對比傳統人工掏槽具體效率及效益如下。

3.1 效率提升的對比

人工掏槽作業方式，作業強度極大，作業人員整班處于持力狀態，每組槽體需要施工3個班次，每班4人，共計12個人工。使用自制掏槽機，操作人員只需操作機械閥把手，極大程度地降低了員工的勞動強度，同時每組槽體只需2人，2個班次即可完成，共計4個人工。使用自制掏槽機使得作業效率提升了50%，人工功效提升了2倍。

3.2 效益提升的對比

使用自制掏槽機后較人工掏槽，每組槽體的掏槽人工成本由5040元降低到1680元，降低了3360元，見下表。神東錦界煤礦全年施工120組聯巷槽體，全年共計節省人工成本403200元。

表 自制掏槽機與人工掏槽的效率及效益的對比Tab. Effciency and benefits of self-made digging machine and artificial digging operation

4 結論

通過自制掏槽機掏槽與傳統人工掏槽的對比，表明：

（1）施工工藝方面。自制掏槽機類似于小型綜掘機，以機械截割掏槽方式取代了人工掏槽，且對現場的適應性較強。

（2）安全保障方面。自制掏槽機操作人員在駕駛室內作業，避免了碎塊砸傷人員的風險，同時避免了傳統人工掏槽登高作業的風險，并且將現場作業人員由3人減少為1人，很大程度地提升了現場安全條件。

（3）效率、效益方面。自制掏槽機施工效率較傳統人工掏槽提升了50%，將人工功效提升了2倍；將一組槽體的施工成本由5040元降低至1680元。

自制掏槽機雖具有以上明顯優勢，但由于該機械屬新研發設備，在使用過程中也存在臥底量不足、主體鉸接部位強度弱等問題，因此設備的結構還需要進一步優化，才能最大程度地發揮出該設備的效能?？傮w而言，自制掏槽機為神東錦界煤礦帶來了巨大的效益，摒棄了傳統掏槽方式，對煤礦密閉工程的施工乃至作為微型掘進機對其他礦務工程的施工具有很好的借鑒和推廣價值。