綜合機械化掘進設備安裝及掘進工藝探析

李佳杰

（陽煤集團壽陽開元礦業有限責任公司，山西 壽陽 045400）

煤礦生產能力除了與其本身的綜采工作面的開采水平直接相關外，還與掘進工作面的掘進效率和質量間接相關。影響工作面掘進效率和巷道成型質量的關鍵因素在于所采取的掘進工作以及掘進設備的步數情況。近年來，我國在掘進設備自動化水平和性能方面的能力顯著提升，雖然在一定程度上提升了工作面掘進效率和巷道成形質量。但是，由于掘進工藝的缺陷常導致巷道的掘進效率和成形質量[1]。因此，本文將注重對綜合機械化掘進工藝及其相關設備的安裝進行具體研究，為提升工作面的掘進效率和成形質量提供指導。

1 工程概況

本文以陽煤集團壽陽開元礦業有限責任公司（以下開元礦）325運輸巷道的掘進為例開展研究，325運輸巷道承擔著進風、行人、運輸以及敷設管道的重任，該運輸巷道的走向長度為1.2 km，巷道斷面的橫截面積為16.1 m2；經探測可知，該運輸巷道最小傾角為34°，最大傾角為48°；在正產掘進情況下工作面的最小涌水量為10m3/h，最大涌水量為25m3/h，運輸巷道的斷面結構如圖1所示。

由圖1可知，325運輸巷道的高度為3.6 m，寬度為4.8 m。目前，325運輸巷道采用爆破的方式進行掘進，但是在巷道實際的推進中發現當前掘進方案下每天巷道掘進的長度為僅有3~5 m，每月可掘進的巷道長度為100~120 m，遠遠無法滿足當前工作面快速掘進的要求，導致煤礦整體的采煤能力受到制約[2]。因此，本文著重對325巷道掘進工藝中的爆破參數及支護參數進行分析，并對典型掘進設備的安裝進行說明。

圖1 325運輸巷道斷面結構圖（mm）

2 掘進設備的安裝

一般的，工作面掘進時通用的掘進設備包括有通風機、膠帶輸送機、裝載機以及掘進機等。本節將對關鍵掘進設備的安裝進行研究。

2.1 掘進機的安裝

掘進機為工作面掘進的核心設備，鑒于工作面相對狹小的空間常通過在地面對掘進機各部件的合格性進行校驗后分別運送至工作面，并在工作面完成組裝。一般將掘進機拆解為主機、滾筒、抱頭電機、鏟臺以及伸縮油缸五部分。

掘進機在工作面完成組裝任務后首先需要重點檢查設備的電氣控制系統和液壓系統，確保設備的控制靈敏度和控制精度滿足要求。為保證掘進機的安全，需在其對應的掘進路線進行加固，并對設備掘進過程中的拖拽電纜進行監測，以防電纜出線積壓掛鉤的現象。此外，還需在巷道跨越點的位置為設備敷設合適的軌道，避免掘進機脫軌事故的發生。

2.2 帶式輸送機的安裝

帶式輸送機為將截割巖層運出巷道的設備，為保證帶式輸送機的輸送效率一般將機頭安裝于截割巖層的卸載點并確保其安裝于巷道的中心線位置。此外，帶式輸送機在安裝時對應的順序為：從卸載點依次為機頭、機身、機尾，并安裝要求分別對機頭、機身以及機尾各部件進行安裝[3]。

2.3 裝載機的安裝

待帶式輸送機安裝完成后，對裝載機各組成部分進行安裝，并保證裝載機的機頭安裝于帶式輸送機的結尾軌道上，將裝載機的機尾與掘進機的機尾通過螺栓進行連接固定。

3 掘進工藝的研究

經對當前325運輸巷道掘進實施過程中的主要問題為巷道的掘進效率低，無法滿足當前工作面高產、高效生產的要求。本節將對掘進工藝中涉及到的爆破工藝和支護方案進行設計。

3.1 爆破工藝參數的優化

目前，就掘進過程中所設計周邊眼和輔助眼的深度為1.3 m，爆破掏槽孔的深度為1.6 m，掏槽的深度為1.38 m。也就是說，實際掘進過程中所采用的爆破方式為淺眼爆破，而且在打眼過程中作業人員均是按照其經驗進行施工。經對當前掘進工藝中的爆破方案進行分析可得出其主要問題總結如下：

1）對原爆破方案下對應爆破眼深度大于2.2 m時，鉆孔效率極低，甚至在一個班都不能完成兩個循環。

2）巷道實際掏槽的效率也極低，每個循環對應的爆破進尺僅有1.7 m左右。

3）當前爆破方案對應爆破眼的裝藥量導致爆破威力低。

4）巷道的對爆破掘進后矸石的排出速度慢[4]。

經研究可知，影響巷道一次爆破成巷的關鍵因素為掏槽眼的布置和起爆順序。因此，必須根據巷道的實際情況對巷道掏槽眼進行合理布置，并合理設置各個掏槽眼的起爆順序和掏槽眼的裝藥量。結合一次成巷爆破的相關經驗，并充分考慮325運輸巷道的實際情況，采用混合掏槽方式進行打眼，且所打眼的類型包括有主掏槽眼、輔助掏槽眼和中心眼，其對應的布置情況如圖2所示。

由圖2可知，主掏槽眼共有三對，輔助掏槽眼共有兩對，中心眼共有兩個。為最終確定掏槽眼的具體方案，對如表1所示的掏槽方案下對應的所得爆破孔的應力進行對比分析。

圖2 325運輸巷掏槽眼布置情況（mm）

表1 325運輸巷道掏槽方案

經對上述兩種方案下所得爆破孔的相關參數進行對比可知，方案二所得爆破孔的應力場均高于方案一，即說明方案二所得爆破孔的穩定性優于方案一。因此，最終確定325運輸巷道的最佳掏槽參數為：掏槽角度為70°，爆破孔深度為2 m。

3.2 支護方式的確定

為保證掘進過程中巷道圍巖的穩定性，需對巷道進行支護設計。針對325運輸巷道的實際情況采取臨時支護和永久支護的方式對其圍巖進行強化控制[5]。

1）臨時支護。鑒于325運輸巷道頂板以軟巖為主，因此在其上方采用前探梁和吊環相結合的方式對頂板進行臨時支護。其中，所采用前探梁以金屬鋼管為主，要求前探梁的長度不得小于3.4 m，對于中深孔爆破孔對應前探梁的長度為4 m，并為其配置防滑固定鏈。對于吊環而言，其圓鋼為原材料加工所得，并將其與永久支護中螺紋錨桿螺母進行固定。

2）永久支護。永久支護手段為錨桿與錨索的聯合支護，根據325運輸巷道巖巷、煤巷以及半煤巷的地質條件結合相關理論計算公式對錨桿支護參數進行綜合確定，所確定的永久支護參數如：對于巖巷的永久支護所采用錨桿的直徑為20 mm，錨桿長度為2 000 mm，每排錨桿間距為1 000 mm，錨桿排間距為1 000 mm；而對于煤巷和半煤巷而言，其對應所采用錨桿的直徑為20 mm，錨桿長度為2 000 mm，每排錨桿間距為800 mm，錨桿排間距為800 mm。

3.3 工業性試驗

為證明本文所設計掘進工藝的高效性，對原爆破參數進行優化設計后對巷道掘進效率進行為期三個月的試驗，注重對三個月期間工作面的推進長度進行考核。實踐表明，在考核的第一個月工作面推進長度為154.2m，第二個月工作面推進長度為160.2 m，第三個月工作面推進長度為180.4 m。

試驗證明，本文所設計的掘進工藝可大幅提升工作面的掘進效率，并在有效臨時和永久支護的聯合應用下保證了巷道的成形質量。

4 結語

煤礦工作面的掘進效率和成形質量對其煤炭生產能力具有重大影響。因此，需根據煤礦實際情況設計最佳、最合理的掘進工藝，并根據規范完成各類掘進設備在工作面的安裝，保證掘進類設備的高效工作。本文對325運輸巷道的掘進工藝進行研究，將其爆破掏槽眼角度優化為70°，掏槽眼長度優化為2 m，并且采用永久與臨時的聯合支護手段，達到提升了掘進巷道的推進速度（每月平均推進長度從120 m增加為160 m）和巷道成形質量。