EBZ—320型掘进机在大断面硬岩巷道快速掘进研究与应用

李旭亚 李苗 常合文

摘 要：随着综采新技术的不断更新和发展，以及瓦斯治理工程的增加，一面五巷已经成采面的标配，加之现代化大型采掘设备在煤矿开采中的不断应用，大断面巷道的快速掘进变得尤为重要。目前平顶山矿区大断面硬岩巷道普遍采用炮掘施工，平均月进尺不到80m，单进水平较低，严重制约了矿井的发展，大断面硬岩巷道综掘快速掘进技术的研究及应用可在很大程度上帮助矿井克服采掘比例失调的不利因素，提高掘进速度，改善矿井瓦斯治理，对保证矿井持续稳产、高产具有十分重要的意义，是矿井高产高效生产的重要组成部分。

关键词：安全高效矿井；构造应力复杂多变

实验巷道概况：

戊9.10-21070机巷高位瓦斯抽采巷布置在煤层顶板细至中粒砂岩与砂质泥岩互层中，距离煤层顶板10-16m，大部分地段岩石普氏系数f<8.0，巷道断面净宽×净高为5.1m×3.7m，为锚网索支护的拱形断面。

应用情况

该项目已于2017年度在平煤股份八矿实施并获得成功，月平均进尺能力由原来炮掘时的80米提高到260米以上；提高工作效率225%以上，获得了良好的安全效果及社会效益。为建设安全高效矿井打下设备基础，创造经济效益643万元。

1、掘进机选型

掘进机的性能优劣是综掘巷道快速掘进能否实现的又一重要因素，井下工作条件复杂且掘进岩巷时振动冲击力大，选择与工作状况相适应的掘进机，保证设备能连续工作，以提高掘进效率成为了关键。通过现场实际参观考察，徐工EBZ320和股份公司常用大功率掘进机（三一EBZ260和太原EBZ300）进行对比分析，在整机重量上，设备功率方面，硬岩巷道截割适用性方面，切割范围方面，抓地爬坡能力方面，监控方面，内外喷雾方面，在油箱容积上，主油泵型号方面，吸油方式上，行走减速机厂家和型号上，运输马达方面，主要液压元件方面，整机油缸和截割减速机上，液压原件配套及接头方面，主结构件保修期，各部位连接处衬套材料，悬臂段与截割部连接方式上，整机尺寸和最大不可拆卸件尺寸方面等多种因素分析可知，徐工集团EBZ320型掘进机在使用、效率、维修和配件整理上优于三一EBZ260和太原EBZ300型掘进机，且能满足大断面巷道掘进需要，截割能力强，能截割岩石硬度不大于10，因此在该工作面使用徐工集团EBZ320型掘进机进行工业性试验。

2、系统配套选择型

1）系统配套分析

由于传统的排矸方式为耙斗机跟矿车或耙斗机跟皮带，其排矸系统不能够达到连续性，根本无法组织大断面巷道快速成巷。要解决此问題，可尝试构建连续排矸系统，实现破岩与排矸平行作业，能够达到集中、连续排矸效果。

2）皮带输送机选型

根据胶带输送机的适用范围，查表选择一种胶带输送机，选出的胶带输送机要满足下列要求：工作地点生产工艺的要求；胶带的宽度及速度要满足运输生产率及货载块度的要求；为了是胶带平稳运行，胶带在两托辊间的垂度不能超过托辊间距的2.5%；为了保证运输工作的可靠性，胶带与主动滚筒之间的摩擦力应有15%-20%的备用；要求胶带有足够的强度。

3、掘进巷道断面及支护参数优化

1）支护断面优化

巷道断面设计合理与否关系到破岩量、装岩量的大小，直接关系到巷道的掘进速度。采用综掘法（悬臂式掘进机）掘进的巷道，一般采用矩形断面或拱形断面。断面尺寸设计时，则需要考虑巷道用途、存放和通过设备尺寸、行人宽度和安全间隙要求、通风等方面因素，合理选择巷道断面尺寸。戊9.10-21070机巷高位巷优化前设计采用锚网索联合支护，断面为宽×高=5.1×3.2m的斜梯形。

优化后考虑到该高位瓦斯抽采巷埋深大，地压大，服务年限较长，适于选择抗压能力较强的半圆拱形断面。结合戊9.10-21070机巷高位巷地质条件，选用直墙半圆拱形断面。因该巷道采用型掘进机施工，考虑EBZ320掘进机较大、行人宽度和安全间隙、通风等方面要求，选择巷道掘进宽×高为5100 mm×3700 mm，面积为16.1 ㎡。

2）支护参数优化

根据井下现场监测信息验证对初始设计进行修改，优化支护参数，使设计更加趋于合理。例如，当巷道表面位移过大时，说明巷道支护强度偏小，应当加强支护；当巷道顶板无离层、表面位移很小时，可以适当减小支护密度，为实现大断面硬岩巷道综掘快速施工提供技术保障。

4、施工方案优化

1）正规作业循环优化方案

在施工过程中选择合适的作业方式、正规循环也是加快巷道掘进的关键，经过调研发现目前快速掘进成功的案例，多数是采用四六作业制，多循环方式组织生产，通过对“三八”制作业循环方式进行优化，即将原来的“八点半班检修，半班进尺；四点和零点进尺”优化为“四六掘进，三八辅助、检修”新型混合作业循环的方式，极大的减少检修所占用有效开机时间，同时增加每天正规循环的次数。

2）多工序交叉平行作业

在施工的过程中，通过对各工序进行分解，在安全的前提下最大限度的实现多工序交叉平行作业，提高了劳动效率，稳定提升单进水平，如：顶部锚杆支护与帮底部锚杆平行作业；延长胶带与施工锚杆平行作业；补后部锚杆、运料、截割出砟、胶带调整平行作业；打顶帮锚杆、延长胶带机尾、皮带机检修、机电设备检修、延长电缆、维护掘进机平行作业；交接班与接风水管平行作业。这样，每个工序互不影响，保证了正规循环的进行。

5、综合除尘技术

通过各类喷雾的合理利用，形成了一套以“掘进机内外喷雾+KCS除尘风机+触控式喷雾+光控式喷雾+ 双流喷雾”为主的一体化综合除尘技术，有效降低了粉尘浓度，降尘率达到98%，为岩巷综掘快速掘进创造了有利的条件。

大断面硬岩巷道综掘快速成巷关键技术的研究与实施，保证了掘进机和单体支护设备的高效使用，提高了开机率，增大了大断面硬岩巷道的掘进生产能力，显著地降低了工人劳动强度，在安全的前提下减少了材料消耗，实现了安全、高产、高效。

参考文献

[1]邓雏远.浅析煤巷快速掘进技术推广的应用[J].山西焦煤科技，2009（3）.

[2]张雷.煤巷快速掘进技术应用研究[J].科技与企业，2012，9（上）：238.