EBZ—160型掘进机大倾角上坡掘进施工工艺的研究与应用

2015-03-19袁金星

产业与科技论坛 2015年9期

□ 袁金星

一、引言

山西葫芦堂煤业有限公司位于朔州市朔城区下团堡乡峙峪村，井田位于管涔山脉东麓，地表大部为黄土覆盖，经长期冲刷切割，呈现为低山丘陵地貌。最高点位于井田西南部山梁上，标高1338.30m;最低点位于井田东部葫芦堂沟，标高1210.00m，最大相对高差128.30m。本井田地质构造以向斜、背斜褶曲为主，伴随少数中、小型断层，主要构造线均为NE向。中北部断层不发育，东南部断层较发育。地层产状主要受褶曲控制，总的地层走向为NE，倾角平缓，其中北部一般5°～10°;南部8°～14°，局部可达18°。井田内未发现陷落柱及岩浆岩侵入，地质构造复杂程度为简单。

4煤三盘区轨道巷开窝处标高1098.8m，层位在4-1煤层顶板中，平均煤层厚度12.1m。由于该区域4-1煤层倾角较大，局部达到32度左右，所以设计轨道巷上山坡度24度，从4-1煤层顶板穿入4-1煤层底板中，平距98m(斜长106m);之后4-1煤层倾角变缓至8度左右，轨道巷坡度也变缓至9度，沿4-1煤层底板掘进，平距55m(斜长56m);掘进的4煤三盘区轨道巷设计在4-1煤层中，其4-1煤层老顶为山西组底部K3砂岩，K3砂岩平均厚6m，灰色，细～中粒、钙质胶结，结构较为稳定，砂岩裂隙发育明显受构造控制，断层附近裂隙发育，富水性强，其它地段裂隙发育较弱，含水性弱，预计其涌水量在0～1m3/h。

二、问题的提出

葫芦堂煤业为一个高产高效现代化装备矿井，采掘机械达到了现代化装备水平，井田煤层赋存为近水平煤层，井田划分为盘区式划分，采掘机械充分发挥了其效力，在井田的4煤三盘区由于受局部构造的影响，局部达到32度，远远超过了掘进机的适应能力。

4煤三盘区轨道巷使用的掘进机为 EBZ-160掘进机，EBZ-160型综掘机主要用于煤岩硬度f≤8.5的半煤岩以及软岩巷道，最大定位截割断面26.0㎡，纵向工作坡度 ≤±18°，最适宜截割高度2.4～4.8m。三盘区轨道巷受褶曲构造的影响，导致煤层倾向角度局部达到32°，达到平均28°，施工段长达106m，煤厚11m，通过优化设计最后确定用24°上山掘进。

通常大倾角上山掘进多采用钻爆破法施工，但结合葫芦堂煤业现场实际情况，钻爆施工存在以下问题。一是钻爆施工需要单独组建炮掘队伍，而葫芦堂煤矿只有三盘区受褶曲构造影响煤层倾角大，后期类似工程量很少，组建和保持炮掘对从经济上和矿井组织管理上均不合理。二是钻爆掘进时工人劳动强度较大。三是由于巷道断面较大，打眼及处理悬矸等工作危险系数高，存在大量安全隐患。四是上山施工完毕需要建立辅助运输系统后方能提升综掘机到位才能掘进工作面平巷，影响了工程整体施工的连续性。五是上坡掘进施工难度大，进度慢，严重影响矿井生产接续，面临接续极其紧张局面。

鉴于炮掘带来的诸多不利因素，经过研究决定在采取必要的技术措施的前提下采用掘进机施工试行，无疑对矿井的安全生产和效率的提高有重要的意义。

三、主要技术原理

掘进机施工坡度的限制就是掘进机在斜巷中施工时造成掘进机下滑的巷道的施工坡度。造成掘进机下滑的因素较多，主要因素有四个:一是若施工巷道底板岩石较坚硬时，掘进机履带与巷道底板之间滑动摩擦系数小，造成掘进机履带与巷道顶板间的滑动摩擦力较小;二是掘进机截割施工时，掘进机防尘喷雾的使用造成巷道底板湿滑，降低了掘进机履带与巷道底板间的摩擦系数，也降低了掘进机履带与巷道底板间的滑动摩擦力;三是掘进机在上坡时必须灵活移动能应付各种下滑趋势，掘进机二运在掘进上坡过程中给掘进机以向下的拖力，导致掘进机上坡动力的额外损失，而且给掘进机的灵活移动带来了很大的不便;四是施工巷道倾角大时，掘进机本身的倾斜度就会随之变大，导致掘进机重力中向下的分力变大，加之掘进机截割时会沿截割臂产生一个截割阻力作用在掘进机上，且截割阻力的方向平行于巷道向下，掘进机本身重力的向下分力与截割阻力的作用力方向是一致的，两个作用力合成后结合掘进机本身的震动造成掘进机在截割过程中极易下滑。对于以上四个因素的分析，作出以下技术原理研究与论证:一是针对大坡度上山时履带和底板岩石之间摩擦力较小的现象，采用在底板上留底煤的方法来解决底板光滑的问题，以增加底板的摩擦力。综掘机履带走在底煤上比直接走在底板岩石上的摩擦力要大的多，这样便可以解决硬(履带硬)碰硬(底板硬)摩擦力小的问题。二是改进综掘机的冷却供水系统。冷却供水系统改进后，冷却供水系统与除尘喷雾供水系统分离，掘进机的冷却系统用水经排水管路直接流入后路水沟中，保证综掘机所处巷道段底板不湿滑，能够有效防止掘进机的下滑。三是针对掘进机二运在掘进机上行掘进带来的不利，在掘进上坡掘进时将掘进机二运拆除，采用刮板输送机跟掘进机运输。四是将半圆木垫在综掘机履带后部和后支撑下面的底煤上，以增加综掘机后面的高度，减小综掘机的倾斜度，这样也减小了综掘机向下的分力，而且掘进机截割过程中产生的进刀阻力也将减小，从而消除掘进机在截割过程中产生的下滑现象。

四、采取的安全技术措施

第一，强化对掘进机的检修及配件保障工作，确保掘进机处于良好的工作状态;第二，强化技术保障工作，从单位抽调掘进机操作技术能手，保证技术力量;第三，在规定范围内适当调整掘进机液压泵的输出压力，增大掘进机的动力;第四，采取前部抄底后部垫高的施工方法，确保掘进机的倾角在15°以内;第五，掘进机履带打滑时，采用铲板配合后支撑将掘进机履带担空，然后使用半圆木横向垫在履带下面，增大履带的摩擦力，从而增大掘进机的爬坡能力;第六，掘进机上严禁放置任何事故工具或材料，防止滚落伤人;第七，掘进机施工期间，施工迎头后50m范围内严禁其他人员进入;第八，掘进机司机前方设置挡板并固定牢固，挡板长 2.0m，宽500mm，后100mm;第九，设定专门时间卧底施工，将掘进机后由于垫高施工造成巷道净高不符合设计要求的地段达到要求。

五、相对炮掘的优势

第一，杜绝了人工出货的环节，大大降低了在出货过程中工人的劳动强度;第二，采用综掘施工时，在架棚施工窜前探梁时，施工人员可站在掘进机上窜前探梁，稳定性强，容易操作，相对炮掘施工(人员必须站在脚手架或马凳子上窜前探梁)减少了安全隐患;第三，减少了放炮施工对巷道围岩的震动破坏，有效降低了冒顶危害性;第四，由于采取了短掘短支配合密集撞楔的施工方法，最大程度地保证了顶板的稳定，使顶板煤层不至于冒落，减少了接顶的环节，消除了隐患，简化了施工工序，减少了材料消耗;第五，掘进机施工过程中，单进进尺没有降低，确保了工作面的正常接替。