掘进机械化施工研究与探讨

陈林

摘要：淮南矿业集团针对中小断面、大倾角、巷道长度较短、较硬围岩的岩巷掘进，通过试用钻装机，改进爆破设计，形成了钻装机+二运+胶带输送机（或矿车）的成套机械化作业线，提高了掘进工效和施工安全保障能力，减轻了职工的劳动强度，为多层次发展掘进机械化进行了有益的尝试。

关键词：掘进机械化；钻装机；爆破设计

目前国有煤矿综合采煤机械化程度已达96%以上，大量的矿井实现了全综合机械化开采，用人少，工效高，劳动强度低，安全保障大幅度提高，综采工作面推进度已达1000m/年以上。掘进工艺与装备近年来有所进步，2013年国有煤矿综掘机械化程度已达46%，但远落后于采煤技术的快速提升。特别岩巷掘进，悬臂式岩巷掘进机的应用，解决了巷宽>3.6m、一次掘进长度>500m、岩石硬度f<7、巷道坡度≤16°的施工条件较好的岩巷综合机械化施工问题，但大多数掘进工作面仍沿用传统的炮掘工艺，远不能适应煤矿高产高效的需要。因此，研究和探索中小断面、大倾角、一次掘进长度较短、较硬围岩的复杂施工条件下岩巷机械化掘进成套装备，显得尤为紧迫。

一、岩巷掘进工艺和施工装备的现状及问题

在目前设备制造水平下，采用切削法破岩的悬臂式岩巷掘进机，实际最大经济破岩能力f≈7，且对巷道断面、坡度有一定的要求，岩石硬度f>7、一次掘进长度较短（<500m）时采用岩巷掘进机施工明显不经济。钻爆法仍然是岩石工程施工的主要方法。

采用钻爆法施工，目前有两种方法：

（一）采用人工风锤打眼爆破，耙装机将矸石装入矿车或胶带输送机进行排矸。该方法灵活机动，适应各种施工条件，但用人多，工效低，作业环境恶劣，安全威胁大。一般掘进工作面需配备70～75人/队，平均单进一般维持在80～120m/月·队。

（二）采用凿岩台车打眼爆破，侧卸式装岩机将矸石装入矿车或胶带输送机进行排矸。该方法单进水平虽然与传统的炮掘工艺相近，但工效可提高20～30%，且作业环境、施工安全得到改善。由于凿岩台车和侧卸式装岩机需前后更换位置，仍受巷道宽度的限制，使用率不高。

通过试用钻装机，改进爆破设计，形成了钻装机+二运+胶带输送机（或矿车）的机械化作业线，较好地解决了复杂施工条件下机械化掘进的难题，提高了掘进工效和施工安全保障能力，减轻了职工的劳动强度，为多层次发展掘进机械化进行了有益的尝试。

二、钻装机的主要技术特点

钻装机是集凿岩与装载、排矸于一体的综合掘进设备，主要用于中小断面（巷宽3.6m左右）、巷道坡度≤20°、岩石硬度f>7的岩巷掘进施工。该设备体积小，拆装灵活，通过钻臂实现打眼作业，还能进行爆破后的连续排矸作业，迎头设备配置少，避免了窄巷多种设备作业时的错车问题，有较好的施工适应性，降低了工人的劳动强度，保障了人员的作业安全，提高了岩巷掘进效率。其主要特点：

（一）集打眼与装载为一体，能在爆破后快速切换至裝载作业。

（二）打眼钻进效率高，尤其是对硬岩效果更好。

（三）采用刮板运输机进行矸石转运，可与矿车或胶带运输机灵活配合。

（四）具有手动和遥控两种操作方式，其中行走和扒装可采用无线遥控操作。

（五）采用中高压液压系统先导阀控制，系统保护齐全，工作平稳。

三、钻装机作业条件下的爆破设计

在人工打眼、耙装机装载的作业条件下，由于耙装机保护要求低，为提高爆破效果，通常采用斜眼掏槽方式，掏槽眼角度一般为77°，其主要缺点是掏槽眼角度控制困难，爆破后矸石抛掷距离远（18-20m）；爆堆分散不集中，矸石清理工作量大，明显不适合钻装机作业。

在钻装机作业条件下，钻装机液压管路多，保护要求高，既要提高掏槽眼爆破效果，又要确保爆破后的矸石集中堆积和合理块度，方便装载作业，经多次现场试验，将原斜眼掏槽改为中深孔不同阶微差斜眼掏槽的方法。

根据钻装机性能，设计掏槽眼深2100mm，掏槽眼角度增加至87°以方便钻装机打眼；增设空眼并装1～2支药卷，保证在掏槽眼起爆时把残岩进一步破碎和抛出，增加掏槽有效深度。辅助掏槽眼角度90°；周边眼左侧比右侧多装炸药0.5卷/眼，将左侧矸石集中崩向右侧，集中在钻装机前方，方便爆破后钻装机的装载排矸。

通过上述改进，爆破后可将60%矸石集中在迎头5m范围内，迎头向后5m～20m范围内矸石较少；巷道左侧迎头向后15m以外几乎无矸石，爆破后矸石块度均匀且集中，便于钻装机装载作业；缩短了钻装机的后退距离，减小了保护设备占用时间，提高了工时利用，炮眼利用率达95%左右，取得了较好的爆破效果。

四、结语

钻装机是集钻孔、装载、运输、行走、喷雾灭尘于一体的综合打眼与装载设备，具有施工适应性强、机械化程度高、经济实用等优点。与传统的人工打眼炮掘工艺相比，具有机械化程度高、用人少、效率高、操作安全的优点；与凿岩台车作业线相比，具有掘进迎头的设备配置少，对巷道宽度适应性强的优点；与岩巷综掘作业线相比，具有投资省，对围岩硬度、巷道坡度有较为广泛适应性的特点。特别是在中小断面、较大坡度及硬岩巷道的掘进施工中，具有明显的优势，有很好的的推广价值。

参考文献：

[1]邹海波，刘锋，郭赟，梁伟.煤矿岩巷用钻装机的设计[J].煤炭工程，2010（07）.

[2]刘晓刚.浅论煤矿掘进中深孔爆破技术[J].中国高新技术企业，2012（07）.