特种工程机械在矿井巷道维护工作中的应用

王江龙

(陕西黄陵二号煤矿有限公司，陕西 延安 727307)

0 引言

随着科学技术水平的不断提高，矿井采煤工艺也发展迅猛，机械化采煤工艺已经得到了普及。现代化采煤工艺的发展方向是通过采煤技术与现代高新技术相结合，研究开发高产、高效、高安全性和高可靠性的采煤工艺[1-4]。而掘进巷道高度不够以及伴随着综采工作面推采出现的巷道底鼓等问题的处理方式一直比较落后，多数采用人工处理的方式，工作效率低，人员劳动强度大，难以满足综采工作面高产高效的采煤需求，制约矿井采煤技术的发展[5-8]。为此，以某矿209综采工作面为例，引进一套能够快速解决掘进巷道高度不够和回采巷道底鼓等问题的机械化设备，以期实现“机械化换人”的安全生产理念，促进矿井安全生产水平的全面提升。

1 工作面基本情况

1.1 工作面设计

209工作面设计走向长度4 382 m，倾向长度300.5 m，工作面采用“一面三巷”的布置形式，三巷分别为胶带巷、回风巷和辅运巷，胶带巷主要作为胶带输送机安装通道，回风巷主要作为工作面回风通道，辅运巷主要作为无轨胶轮车运输通道。

1.2 工作面地质条件

煤层平均厚度3.2 m，煤质为低-中等软化度的富油煤，易片帮。工作面直接顶为厚度13.8～25 m的粉砂岩，直接底为灰黑色细粒砂岩、粉砂岩，岩石成分以石英、长石为主，薄层状，含植物化石碎片和云母片，水平层理或不显层理，厚度约1～7.3 m，岩石普氏硬度f为4～6。工作面埋深395～699 m，且工作面西南紧邻207采空区。因此工作面及回采巷道易出现底鼓、开裂现象，对工作面回采有较大的影响。

2 回采巷道需解决的问题

2.1 回采巷道掘进高度不够

回采巷道掘进期间，辅运巷设计高度为3.8 m，胶带巷设计高度为3.6 m，而煤层厚度为2.9～3.9 m。如果要保证设计尺寸，大部分区域需要破碎岩石，但是由于顶底板均为粉砂岩，硬度较高。为了保证掘进效率、煤质以及掘进设备的安全使用，在巷道掘进期间大多采用沿煤层掘进的方式进行巷道掘进，导致巷道部分区域高度不能满足设计需求，需要进行起底保证巷道设计高度[9-11]。

2.2 回采巷道推采期间底鼓严重

由于工作面煤层埋深395～699 m，属于深埋煤层，巷道直接底为粉砂岩，具有吸水膨胀的特点，回采期间受采动压力影响，煤柱中产生的高应力将传递至巷道底板，容易造成底板的破坏，同时由于回采期间裂隙水、钻孔水以及设备用水等水源对巷道底板的浸泡，导致回采巷道在工作面回采期间出现底鼓现象，巷道底板起伏不平，胶带巷地鼓量相对较小，不影响设备的正常运转和工作面的正常推采，而工作面采空区对应段辅运巷受采空区压力影响底鼓较为严重，回风巷受上一个工作面采空区压力影响底鼓也较为严重，影响巷道的正常使用，需要起底进行处理。

2.3 人工起底平整度差、工作效率低

巷道直接底均为坚硬岩石，以往起底采用放震动炮对底板岩石进行破碎，人工配合进行清渣和平整，通过该方式进行起底工作难以控制巷道的起底厚度，导致巷道底板起伏不平，平整度很差，加上运输岩石期间无轨胶轮车对巷道底板碾压产生的车辙，造成巷道底板起伏不平的问题更加严重，直接影响综采工作面设备的安装质量和无轨胶轮车的安全运输；且人工配合进行清渣和平整巷道工作效率低、人员劳动强度大，难以满足正常生产需要，制约生产任务的顺利完成。

3 特种工程机械使用情况

3.1 特种工程机械介绍

为解决回采巷道存在的底鼓、路面平整度差等问题，经现场考察，引入了液压挖掘机、防爆装载机及防爆压路机3种特种工程机械[12-15]。

3.1.1 液压挖掘机

主要结构和用途：液压挖掘机使用MWY6/0.3型煤矿用液压挖掘机，主要由工作装置总成、推土铲、回转平台、液压系统、底盘总成、机罩、顶棚、电气系统等组成，外接660 V/1 140 V交流电源，采用电动系统提供动力，通过液压先导系统和主供液系统可以控制挖掘机的全部动作。液压挖掘机工作装置前端安装铲斗时可以进行装岩、清底以及煤层的挖掘作业；随机配备T50型破碎锤一台，需要破碎岩石时，可以将铲斗更换为破碎锤，接通破碎锤进回油管路，就可以进行破碎作业。

性能特点：①操作者处于顶棚保护下作业，有利于安全生产；②采用电动液压系统，具有噪声低、无尾气污染的特点，同时电气系统用防爆元件，更适用于煤矿井下使用；③该机结构紧凑、外形尺寸小，工作装置可回收到底盘轮廓内，便于运输，适用于井下狭小空间作业；④主要动作采用先导阀控制，操作轻松简便，工作平稳无冲击。

主要技术参数：MWY6/0.3型煤矿用液压挖掘机主要技术参数见表1。

表1 MWY6/0.3型煤矿用液压挖掘机主要技术参数

3.1.2 防爆装载机

主要结构和用途：防爆装载机使用型号是ZL30EFB型轮胎式防爆装载机，主要由动力系统、车架及传动系统、制动系统、液压系统、电气系统等组成，采用气动启动的方式，配备FC6108DFB(A)型防爆柴油机提供动力，通过液力变矩器、变速箱、前后桥主传动将动力传递到轮胎实现车辆的移动，由液压齿轮泵、液压油箱及操纵手柄组成液压控制系统实现举升臂、铲斗等工作装置的动作，主要用于巷道坡度不大于14°的煤矿井下的装载、清煤、清渣和排矸、机械设备辅助运输等作业。

性能特点：①该机结构紧凑、操作方便、转弯半径小，便于井下狭小空间使用;②采用液力机械传动和动力换档、具有较大的牵引力和掘起力，爬坡能力强；③采用免维护封闭多盘湿式制动器，制动性能好；④安装有废气处理系统，可以清除柴油机废气中的炭烟和废气中的部分有害气体，污染较小。

主要技术参数：ZL30EFB型轮胎式防爆装载机主要技术参数，见表2。

表2 ZL30EFB型轮胎式防爆装载机主要技术参数

3.1.3 防爆压路机

主要结构和用途：防爆压路机使用的是经过防爆系统改造的LSS208型振动压路机，主要由动力系统、传动系统、液压振动系统、制动系统、电气系统等组成，采用电动启动的方式，由柴油机提供动力，通过传动系统将动力传递到轮胎实现压路机的移动，压路机的转向和振动轮的振动由液压系统控制，在作业中靠自身重量和激振力压实路面，主要用于路面的压实和维护工作。

性能特点：①前钢轮采用电控液压双振幅振动，选装凸块振动轮，压实效果较好；②采用后桥式轮胎驱动，抓地爬坡能力强；③主离合器采用液力变矩器，能有效保护柴油机、变速箱及驱动桥等传动部件；④行走刹车采用气推油盘钳式脚刹车，驻车制动采用盘钳式手制动，安全可靠；⑤前后机身采用铰接方式连接，双推力液压助力转向，操作灵活省力。

主要技术参数：LSS208型振动压路机主要技术参数见表3。

表3 LSS208型振动压路机主要技术参数

3.2 特种工程机械的现场使用

3.2.1 巷道起底

起底方式：209辅运巷、209胶带巷以及209切眼在掘进期间都是沿煤层掘进，掘进完后大部分巷道达不到设计高度，影响巷道的正常使用，因此采用两台液压挖掘机配合的方式进行起底。209工作面回采期间，受采动压力及积水等因素的影响，辅运巷、胶带巷及回风巷均有不同程度的底鼓现象，胶带巷相对底鼓量较小，不需要机械化起底，而回风巷和采空区对应段辅运巷底鼓较为严重，如图1所示。底鼓严重区域需要机械设备配合起底，因此在工作面回采期间对这两段底鼓严重的巷道也采用两台液压挖掘机配合的方式进行起底。

图1 209工作面回采巷道底鼓严重区域示意

起底过程：起底采用两台液压挖掘机配合作业，破底、出渣同步进行的施工方式，如图2所示。一台液压挖掘机安装破碎锤，在需起底区域根据巷道需要起底高度对巷道底板岩石破碎，要求破碎后岩石直径不超过300 mm，以便于装车。另外一台液压挖掘机安装铲斗，在已破底区域清理巷道已破碎的岩石并配合装车，岩石使用防爆无轨胶轮车进行运输，岩石清理完后再使用挖掘机配合对巷道底板进行平整，保证起底后巷道平整度、高度达到设计要求。

图2 特种工程机械配合起底示意

起底后处理：液压挖掘机起底后，及时使用防爆压路机对已起底区域路面进行压实，提高了路面的平整度和强度，同时也减少了无轨胶轮车运输期间产生的车辙，保证了巷道的正常使用。

3.2.2 巷道铺垫

铺垫方式：使用液压挖掘机起底后，巷道底板的平整度已得到了大幅度的提高。但是辅运巷在工作面安装期间作为支架搬运车、多功能铲板车等大型特种车辆的主要运输通道，对路面的平整度和强度要求较高。液压挖掘机起底后的路面不能满足特种车辆安全运输需求，而切眼主要作为工作面液压支架、刮板运输机的安装区域，同时也作为切眼设备安装期间特种车辆的运输通道，巷道底板的强度、平整度对特种车辆的安全运输和设备安装质量有很大的影响。为了保证工作面安装期间特种车辆的安全运输和工作面设备的安装质量，辅运巷和切眼起底后采用铺垫三合土(石子、黄土、白灰按照一定比例混合而成)或铺垫干拌料(石子、沙子、水泥按照一定比例混合而成)的方式再次提高巷道底板的强度和平整度。

铺垫过程：如图3所示，辅运巷起底后在巷道底板铺垫一层厚度约300 mm的三合土，三合土由人工配合防爆装载机铺垫平整，然后使用防爆压路机压实，有效提高了路面的强度和平整度，保证了特种车辆的安全运输。切眼的铺垫因为考虑到设备安装和初采初放设备调试期间会产生积水，所以选择干拌料进行铺垫，即在起过底的巷道底板铺垫一层厚度约300 mm的干拌料，并使用防爆压路机压实，提高切眼巷道底板的强度和平整度，并可以通过干拌料自身的吸水性解决设备产生的少量积水，可为特种车辆的运输和切眼设备的安装提供良好的条件。

图3 特种工程机械配合铺路示意

4 使用效果

4.1 人力投入

采用放震动炮的方式起底需人工配合打眼、装药、爆破以及清理矸石，每个施工地点至少需要12人配合作业，而且人工配合打眼、清理矸石等工作劳动强度很大。而采用特种工程机械起底的方式仅需投入3人操作特种机械，2人配合现场零杂工程施工，共需投入5人就可以完成巷道起底工作，破底、装矸工作全部由机械设备完成，人员劳动强度也明显降低。

4.2 工作效率及工程质量

通过特种工程机械的引入，巷道起底由以前单班5 m提高到了25 m以上，铺路由以前人均20 m提高到了80 m以上，工作效率明显提升。而且使用液压挖掘机起底可以有效地控制对岩石的破碎厚度，相对放震动炮起底后的巷道坡度更加平缓，鼓包明显减少，再通过三合土、干拌料的铺垫以及防爆压路机的压实，路面平整度有了大幅提高，保证了设备的安装质量和车辆的安全运输。

4.3 施工工序及施工安全

采用放震动炮的方式起底包括打眼、爆破、清理矸石等多道工序，现场施工工艺较为繁杂，每道工序都存在很多不安全因素，不利于现场的安全管理。而且爆破属于煤矿安全生产中的一项高危工作，对现场的安全管理和技术管理都有着严格的要求，稍有不慎就可能造成严重的安全事故。采用特种工程机械起底只包括破底和装渣两道工序，工序简单，便于现场安全管理，而且省去了爆破作业环节，有效提高了现场施工的安全可靠性，保证了现场施工安全。

5 结语

通过矿用特种工程机械的引入和应用，形成了一套比较规范的机械化起底、铺路模式，有效解决了综采工作面回采巷道掘进高度不够、回采期间出现底鼓以及巷道底板不平整影响设备安装质量和车辆运输安全等问题。同时，大幅提升了现场施工的工作效率和工程质量，降低了工人的劳动强度，对保证矿井的安全高效生产创造了有利的条件。