全断面硬岩巷道掘进技术应用研究

张凤芹 谭安奎 陈永勇 纪红兵 余曦

摘  要：针对打通一煤矿瓦斯抽采巷道断面小、断面围岩硬度大、机械化程度小的问题;通过对全断面硬岩掘进设备选型、设备特点和排矸工艺等应用分析。现场的生产试验应用证明，硬岩全断面掘进技术打破沿用已久的钻爆施工技术工艺，实现巷道一次成形、排矸连续化以及设备远程控制，减少施工安全威胁、提高煤矿小断面全岩巷道掘进机械化水平及单进水平，巷道每米掘进成本降低253元;可以为类似矿井提供借鉴。

关键词：硬岩巷道;掘进技术;设备选型

中图分类号：TD263        文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）18-0152-02

Abstract： In view of the problems of small cross section， large hardness of surrounding rock and small degree of mechanization of gas drainage roadway in No. 1 Coal Mine， this paper analyzes the application of full section hard rock driving equipment selection， equipment characteristics and gangue discharge technology. The field production test shows that the hard rock full section excavation technology breaks the drilling and blasting construction technology which has been used for a long time， and realizes the primary forming of roadway， the continuity of gangue discharge and the remote control of equipment. Reducing the threat of construction safety， improving the mechanization level and single entry level of small cross-section whole rock roadway in coal mine， the tunneling cost of roadway is reduced by RMB 253 per meter， which can be used as a reference for similar mines.

Keywords： hard rock roadway; tunneling technology; equipment selection

引言

打通一煤礦属于煤与瓦斯突出矿井，在进入煤层采掘活动前;通常采用底抽巷对瓦斯进行抽采，在煤层下部的岩石中施工小断面瓦斯抽采巷道，采用穿层钻孔进行瓦斯抽采，抽采达标后才允许进行煤层的采掘生产。为了保证采掘生产的正常接续，瓦斯巷的掘进必须超前采煤工作面3年以上，瓦斯治理越充分，采掘生产时的瓦斯安全隐患越小。目前，煤矿井下全岩巷道掘进多采用的是钻爆掘进工艺，掘进效率低，用人多，劳动强度大，严重制约了矿井生产部署的问题。

针对以上的问题，重庆能投集团与辽宁通用公司共同研发了直径2.8米的小断面硬岩掘进机，通过现场实践应用，实现硬岩全断面机械化掘进、连续化排矸及远程控制;取得了良好的效果。

1 瓦斯巷掘进情况

瓦斯巷掘进层位为茅口灰岩，岩性为灰至深灰色，厚层块状，致密坚硬，岩石硬度系数f=8～10，具有方解石石脉，节理、裂隙、岩溶发育，局部含有瓦斯。

采用传统钻爆法施工，每年瓦斯巷掘进不少于4000米，矸石装运采用P-60B型耙斗装岩机进行装矸，JD-4型运输绞车配合KC2-6型单侧曲轨侧卸式矿车进行运矸，掘进劳动强度大、生产运输环节复杂、安全威胁大、人均效率低，每月平均进度为120米。

2 全断面掘进机设备选型

EQH2800型全断面掘进机是辽宁通用重型机械股份有限公司与重庆市能源投资集团根据打通一煤矿井下地质条件共同研制的，专门为煤矿井下岩石巷道的掘进而设计。该掘进机借鉴了TBM（硬岩盾构）在工程隧道中应用的经验，适用于岩石单轴抗压强度50～150MPa、岩石整体性较好、有一定自稳性的围岩岩巷掘进。

（1）EQH2800型全断面掘进机的结构

EQH2800型全断面掘进机是一个集机、电、液、光、计算机、自动化、信息化为一体的大型、高效的复杂机械，是集掘进、出渣、导向、支护成洞、通风除尘、保护等多功能一体的高效巷道施工机械，其结构如图1所示。

（2）EQH2800型全断面掘进机的技术特征

该掘进机主要用于煤矿井下的岩石巷道掘进，也可用于其他非煤矿岩石巷道掘进。通过第二运输机可与自卸车、梭车、皮带运输机等配套，实现掘进、运输连续作业。截割断面直径达2.8m，截割硬度50～150MPa，最小转弯半径180m。

3 全断面掘进机后配套连续排矸系统

根据全断面掘进机施工工艺研究，掘进机施工过程中需要大量的水对设备、刀盘等进行冷却以及降尘，故掘进机排除的矸石中水量较大无法直接进入矿井的矸仓，经过工业试验并结合矿井的实际情况。矿井选择施工胶带输送机排矸。排矸系统：由定制特殊胶带输送机（胶带宽度为400mm）、渣浆分离、螺旋输送、泥浆压滤等组成的排矸系统。

掘进产生的矸石、水混合物经全断面掘进机的第一运输机落在二运胶带输送机上，二运胶带输送机机头安装在三运皮带机尾行走架上（可在一定范围内移动，减少延皮带的次数），三运皮带机头处安装1台螺旋输送机，在螺旋输送机落料口后方加工一些小孔（孔径小于30mm），三运胶带输送机运出的水、矸、泥浆通过螺旋输送机进行一次分离，即水、泥浆和直径小于30mm的矸子进入RMT150B型泥浆净化装置进行渣浆分离，直径大于30mm的矸石直接经过螺旋输送机落料口落到电滚筒转载皮带机装入侧卸式矿车;泥浆净化装置分离出来的干料经电滚筒转载皮带机装入侧卸式矿车，分离出来的水自流进入不同泥浆池;在泥浆池中沉淀后，上层的清水进入清水池、再经过水沟流入水仓，下层的泥浆用渣浆泵打入压滤机，把泥浆压成泥饼装入矿车运出，压滤出的水通过管道自流入水沟进入水仓。

4 控制系统原理

控制系统主要包括电控系统和远程控制系统。

电控系统包括电控箱、操作室、遥控发射机、遥控接收机、工控机、各电液比例换向阀、各电液比例溢流阀、各传感器等组成。整机、超前钻机、锚杆钻机均遥控操作。各执行元件的动作状态、工况参数均可在显示屏上通过界面实时显示。各种模拟信号均通过开关、信号灯、颜色、百分比、填充等手段实时生动地表示出来，时实显示工艺参数。

可按特定的周期采集数据，并予以保留;保留范围为100天，并可按运行人员选择的显示间隔和区间显示趋势曲线，便于选取最佳工艺参数。

远控系统可实现远距离操作，操作距离1000米;通过光纤通讯加无线通讯实现远距离控制。

5 工业试验效果及效益分析

根据井下实际生产情况对全断面掘进机后配套排矸系统进行优化后，提升了全断面掘进机的生产效率，对S301瓦斯巷采用全断面掘进机一个月施工420米。

（1）经济效益

钻爆法掘进瓦斯巷：炸药按7.3元/公斤，雷管按1.8元/发，一槽炮所需36公斤炸药、雷管44发，进尺为1米，所以每米炸药消耗量为36千克/米，每米雷管消耗44发/米，每米炸药耗材费262.8元、雷管耗材费79.2元，炸药、雷管合计耗材费为342元。循环进度为1米，每班2个循环，每天6个循环，月正规循环率为80%，工效：6*0.8/27=0.18米/工，人均工资200元/天计算，人工成本：（1/0.18）×200=1111元/米，掘进总成本约1453元/米。

机掘瓦斯巷：全岩掘进机及配套设备按2300万元总值进行测算，根据《煤炭建设项目经济评价方法与参数》（2009版）相关规定，掘进工作面折旧费用以设备及安装工程的固定资产原值为基数按年限进行提取，综采综掘设备折旧年限为8年，一般采掘设备折旧年限为10年，所以折旧年限按8年计算，折旧费为8000元/天，1个月掘进420米，日掘进为14米，约570元/米。按人均工资250元计算，工效为0.42米/工，人工成本约600元/米。全岩掘进机掘进主要耗材在油脂，滚刀上，据我矿实际油脂耗费在15元/米，滚刀耗费在10元/米（我矿遇地质构造，推进结束实际更换一把边刀，若按250米全部更换约150元/米）。我矿实际全岩掘进机掘进成本约1200元/米（按250米全部更换，约1340元/米）。全岩掘进机掘进成本比钻爆成本低253元/米，大大降低了生产成本。

（2）安全效益

全岩掘进机施工，有护盾保护，巷道成形好，顶板更稳定，改善了作业人员的洞内劳动条件，有效了保护了作业人员的安全。全岩掘进机施工，避免了爆破施工可能造成的人员伤亡，事故率大大降低。全岩掘进机施工，降低了工作人员劳动强度，提高现场施工安全性。

6 结束语

通过打通一煤矿井下S301瓦斯巷掘进现场应用分析，对设备、工艺进行了大量改进、完善。现场的实际应用表明，硬岩全断面掘进技术比传统的钻爆施工技术施工效率高，工人劳动强度低、工作面粉塵浓度低、巷道断面成型好、顶板稳定、每月掘进进度不低于400米、每米掘进成本降低253元;实现小断面全岩巷道一次成形、连续排矸以及远程操作，减少施工安全威胁、提高小断面全岩巷道掘进机械化水平及单进水平;可以为类似矿井提供借鉴。

参考文献：

[1]祝玉良.浅谈煤矿巷道掘进技术[J].科技创新与应用，2013（28）：298.

[2]李守巨，曹丽娟.盾构机掘进过程中的决策支持系统[J].信息技术，2011（10）：39-42.

[3]吴银成.盾构机掘进煤矿巷道保护装置设计[J].煤矿安全，2015，46（4）：118-121.