EBZ—320型掘進機在大斷面硬巖巷道快速掘進研究與應用

李旭亞 李苗 常合文

摘 要：隨著綜采新技術的不斷更新和發展，以及瓦斯治理工程的增加，一面五巷已經成采面的標配，加之現代化大型采掘設備在煤礦開采中的不斷應用，大斷面巷道的快速掘進變得尤為重要。目前平頂山礦區大斷面硬巖巷道普遍采用炮掘施工，平均月進尺不到80m，單進水平較低，嚴重制約了礦井的發展，大斷面硬巖巷道綜掘快速掘進技術的研究及應用可在很大程度上幫助礦井克服采掘比例失調的不利因素，提高掘進速度，改善礦井瓦斯治理，對保證礦井持續穩產、高產具有十分重要的意義，是礦井高產高效生產的重要組成部分。

關鍵詞：安全高效礦井；構造應力復雜多變

實驗巷道概況：

戊9.10-21070機巷高位瓦斯抽采巷布置在煤層頂板細至中粒砂巖與砂質泥巖互層中，距離煤層頂板10-16m，大部分地段巖石普氏系數f<8.0，巷道斷面凈寬×凈高為5.1m×3.7m，為錨網索支護的拱形斷面。

應用情況

該項目已于2017年度在平煤股份八礦實施并獲得成功，月平均進尺能力由原來炮掘時的80米提高到260米以上；提高工作效率225%以上，獲得了良好的安全效果及社會效益。為建設安全高效礦井打下設備基礎，創造經濟效益643萬元。

1、掘進機選型

掘進機的性能優劣是綜掘巷道快速掘進能否實現的又一重要因素，井下工作條件復雜且掘進巖巷時振動沖擊力大，選擇與工作狀況相適應的掘進機，保證設備能連續工作，以提高掘進效率成為了關鍵。通過現場實際參觀考察，徐工EBZ320和股份公司常用大功率掘進機（三一EBZ260和太原EBZ300）進行對比分析，在整機重量上，設備功率方面，硬巖巷道截割適用性方面，切割范圍方面，抓地爬坡能力方面，監控方面，內外噴霧方面，在油箱容積上，主油泵型號方面，吸油方式上，行走減速機廠家和型號上，運輸馬達方面，主要液壓元件方面，整機油缸和截割減速機上，液壓原件配套及接頭方面，主結構件保修期，各部位連接處襯套材料，懸臂段與截割部連接方式上，整機尺寸和最大不可拆卸件尺寸方面等多種因素分析可知，徐工集團EBZ320型掘進機在使用、效率、維修和配件整理上優于三一EBZ260和太原EBZ300型掘進機，且能滿足大斷面巷道掘進需要，截割能力強，能截割巖石硬度不大于10，因此在該工作面使用徐工集團EBZ320型掘進機進行工業性試驗。

2、系統配套選擇型

1）系統配套分析

由于傳統的排矸方式為耙斗機跟礦車或耙斗機跟皮帶，其排矸系統不能夠達到連續性，根本無法組織大斷面巷道快速成巷。要解決此問題，可嘗試構建連續排矸系統，實現破巖與排矸平行作業，能夠達到集中、連續排矸效果。

2）皮帶輸送機選型

根據膠帶輸送機的適用范圍，查表選擇一種膠帶輸送機，選出的膠帶輸送機要滿足下列要求：工作地點生產工藝的要求；膠帶的寬度及速度要滿足運輸生產率及貨載塊度的要求；為了是膠帶平穩運行，膠帶在兩托輥間的垂度不能超過托輥間距的2.5%；為了保證運輸工作的可靠性，膠帶與主動滾筒之間的摩擦力應有15%-20%的備用；要求膠帶有足夠的強度。

3、掘進巷道斷面及支護參數優化

1）支護斷面優化

巷道斷面設計合理與否關系到破巖量、裝巖量的大小，直接關系到巷道的掘進速度。采用綜掘法（懸臂式掘進機）掘進的巷道，一般采用矩形斷面或拱形斷面。斷面尺寸設計時，則需要考慮巷道用途、存放和通過設備尺寸、行人寬度和安全間隙要求、通風等方面因素，合理選擇巷道斷面尺寸。戊9.10-21070機巷高位巷優化前設計采用錨網索聯合支護，斷面為寬×高=5.1×3.2m的斜梯形。

優化后考慮到該高位瓦斯抽采巷埋深大，地壓大，服務年限較長，適于選擇抗壓能力較強的半圓拱形斷面。結合戊9.10-21070機巷高位巷地質條件，選用直墻半圓拱形斷面。因該巷道采用型掘進機施工，考慮EBZ320掘進機較大、行人寬度和安全間隙、通風等方面要求，選擇巷道掘進寬×高為5100 mm×3700 mm，面積為16.1 ㎡。

2）支護參數優化

根據井下現場監測信息驗證對初始設計進行修改，優化支護參數，使設計更加趨于合理。例如，當巷道表面位移過大時，說明巷道支護強度偏小，應當加強支護；當巷道頂板無離層、表面位移很小時，可以適當減小支護密度，為實現大斷面硬巖巷道綜掘快速施工提供技術保障。

4、施工方案優化

1）正規作業循環優化方案

在施工過程中選擇合適的作業方式、正規循環也是加快巷道掘進的關鍵，經過調研發現目前快速掘進成功的案例，多數是采用四六作業制，多循環方式組織生產，通過對“三八”制作業循環方式進行優化，即將原來的“八點半班檢修，半班進尺；四點和零點進尺”優化為“四六掘進，三八輔助、檢修”新型混合作業循環的方式，極大的減少檢修所占用有效開機時間，同時增加每天正規循環的次數。

2）多工序交叉平行作業

在施工的過程中，通過對各工序進行分解，在安全的前提下最大限度的實現多工序交叉平行作業，提高了勞動效率，穩定提升單進水平，如：頂部錨桿支護與幫底部錨桿平行作業；延長膠帶與施工錨桿平行作業；補后部錨桿、運料、截割出砟、膠帶調整平行作業；打頂幫錨桿、延長膠帶機尾、皮帶機檢修、機電設備檢修、延長電纜、維護掘進機平行作業；交接班與接風水管平行作業。這樣，每個工序互不影響，保證了正規循環的進行。

5、綜合除塵技術

通過各類噴霧的合理利用，形成了一套以“掘進機內外噴霧+KCS除塵風機+觸控式噴霧+光控式噴霧+ 雙流噴霧”為主的一體化綜合除塵技術，有效降低了粉塵濃度，降塵率達到98%，為巖巷綜掘快速掘進創造了有利的條件。

大斷面硬巖巷道綜掘快速成巷關鍵技術的研究與實施，保證了掘進機和單體支護設備的高效使用，提高了開機率，增大了大斷面硬巖巷道的掘進生產能力，顯著地降低了工人勞動強度，在安全的前提下減少了材料消耗，實現了安全、高產、高效。

參考文獻

[1]鄧雛遠.淺析煤巷快速掘進技術推廣的應用[J].山西焦煤科技，2009（3）.

[2]張雷.煤巷快速掘進技術應用研究[J].科技與企業，2012，9（上）：238.