煤矿井下综掘机切巷直角拐弯及绞车硐室施工的应用

2021-04-08陈小军

机械管理开发 2021年2期

陈小军

（霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司，山西吕梁 033102）

引言

现国内外煤矿巷道开口拐弯基本采用传统的炮掘工艺，致使掘进效率低，安全系数低，出渣人工劳动强度大，炮掘工艺复杂对管路设备破坏严重。日前,地方监管严格，火工品申领困难，煤矿巷道的开口拐弯成为困扰煤矿高速发展的难题。自2015 年以来，吕梁山煤电有限公司在如何提高矿井“安全、高产、高效”方面下功夫，经过五年的发展历程，已完全淘汰炮掘工艺，在各类岩、煤巷及硐室拐弯开口、施工作业，以及采掘工作面过构造全部采用综掘工艺，彻底淘汰火工品使用，真正实现采掘机械化水平100%，为矿井实现安全、高效发展奠定了坚实的基础。

1 店坪矿2031 巷工程概况

霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司现目前普遍使用综掘机拐弯开口，彻底淘汰了繁琐的炮掘工艺，现以霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司店坪矿2031 巷（以下简称A 巷）向2031 切巷（以下简称B巷）90°拐弯为例来说明综掘机直角拐弯在井下的应用，两巷宽均为4.6 m，采用“三八”制作业，现使用EBZ-260 综掘机。EBZ-260 综掘机基本参数：长×宽×高=12 m×2.7（3.6）m×1.96 m（综掘机机身宽度2.7 m，铲板宽度3.6 m），截割臂向左（向右）最大摆动角度33°。

2 综掘机拐弯前期准备工作

1）井下工作面巷道在拐弯开口前，根据巷道施工宽度、综掘机设备尺寸参数、确定开拐弯口位置，拿出综掘机拐弯开口设计方案。

理论依据为：如图1 所示，综掘机机身中心线与现有巷道成45°夹角时，机身前后两点间的距离为综掘机拐弯的最小距离；两条巷道的拐角点必须过综掘机机身的中点，根据以上条件利用三角函数确定开口位置为11 m。

图1 综掘机拐弯开口跨度计算示意图

2）综掘机距拐弯开口剩余13 m 时，加强巷道支护，需缩小A 段巷道锚杆、锚索排距（在原基础上缩小100～200 mm），确保综掘机拐弯开口期间A 段巷道的顶板管理。A 段巷道掘进至B 段巷道设计拐弯开口位置时，将B 段巷道开口处帮部支护高强锚杆、菱形网变为塑料锚杆及塑料网，便于综掘机拐弯开口期间快速截割。

3 切巷拐弯开口及绞车硐室施工方法

A 巷利用综掘机+ 单轨吊起吊二运皮带机头出煤的方式进行施工。拐弯施工期间工作面采用短掘短支，割一排支一排。当综掘机拐弯角度较大，综掘机二运皮带无法与顺槽皮带搭接时，在顶板施工单轨吊梁，用3T 倒链将综掘机二运皮带悬吊于单轨吊上，只割煤不出煤，待支护完成后，通过来回调整综掘机角度进行出煤，以此类推。综掘机摆正后恢复正规循环作业。综掘机拐弯及绞车硐室施工工艺流程如下页图2 所示。具体分环节、分区段施工工艺如下：

1）首先小断面正常掘进至1 号绞车硐室，完成1号绞车硐室的施工，省去安装期间单独施工1 号绞车硐室，完成1 号绞车硐室施工后将综掘机退至切巷拐弯开口位置，进行直角拐弯切巷施工。

2）A 巷开口前5 m 段。完成1 号绞车硐室施工后，将综掘机退机进行直角拐弯，此施工阶段循环进度为1 m，每班1 个循环，工期为1 个圆班，施工时采用短掘短支的支护形式。综掘机退机至开口左帮11 m 处进行扩刷，此过程中综掘机边割煤边出煤。通过不断调整综掘机角度来回进退割煤至A 巷老山侧帮部位置，当综掘机与二运皮带夹角过大洒煤未能满足正常出煤时，只割煤不出煤，割煤后退机调整综掘机与二运皮带角度进行出煤。

图2 综掘机拐弯示意图

3）A 巷开口 5～8 m 段。循环进度为 2 m，每班 1个循环。此时综掘机二运皮带由于角度过大，机头无法与皮带机尾正常搭接，调整综掘机角度将综掘机在A 巷摆正，然后在A 巷向正前方向截割5 m，此过程只割煤不出煤完成一个循环后进行永久支护，以此类推。在A 巷距老山侧帮部1.8 m 处施工单轨吊采用3T 倒链起吊二运皮带机头，且单轨吊机头要位于皮带正上方。结合现场需要单轨吊可以实现弯曲拐弯，此时综掘机二运皮带方可顺着单轨吊前后移动，此时利用综掘机小溜子及其二运皮带进行装煤并储煤，退机使二运皮带机头位于皮带上方时开皮带，进行卸煤，至工作面煤出干净后方可继续掘进，以此类推。

4）A 巷开口 8～11 m 段。循环进度为 2 m，每班 2个循环。此阶段由于拐弯角度较大，将二运皮带由单轨吊进行起吊，二运皮带机头位于皮带机尾上方，此过程只割煤不出煤完成一个循环后进行永久支护。待永久支护完成后进行出煤，通过综掘机铲板装煤，综掘机小溜子储煤，移动综掘至二运皮带上方后进行出煤，以此类推至完成该阶段掘进[1-2]。

5）A 巷开口 11 m 段以后。循环进度为 2 m，每班2 个循环。此时综掘机机身方可于B 巷摆正完成切巷拐弯开口工作。退机调整综掘机机身角度，施工2号绞车硐室，待2 号绞车硐室施工完成后，将综掘机开至B 巷进行切巷的施工，延长A 巷皮带至A、B 交界处，在B 巷施工单轨吊起吊综掘机二运皮带机头，进行出煤。待B 巷掘进35～40 m 后方可安装皮带与A 巷皮带正常搭接出煤。进行切巷的施工完成综掘拐弯工作，如图3。

图3 综掘机拐弯后示意图

4 效益分析

4.1 安全管理方面

1）减少了炮掘期间繁琐的安全检查及管控工作，提高了安全系数。

2）取缔了煤巷使用钢丝绳牵引耙装机出渣作业。

4.2 巷道工期方面

传统的巷道拐弯工艺为先炮掘开口位置对帮施工5 m 的耙矿（岩）机硐室,然后开口施工35～40 m后，进综掘机进行综掘作业。（综掘机长度为12 m、综掘机二运皮带为10 m、1 m 普通皮带为10 m、安全距离为5 m）共影响工期12 d，而综掘开口3 个原班可完成开口工作。

4.3 工艺工序方面

减少了拐弯期间临时支护、出渣等环节中的人工参与，杜绝了耙矿（岩）机在煤巷中使用的违规操作，取消了耙矿机组装、回撤等工序，提高了整体生产效率；免去安装期间刷扩工作及绞车硐室的施工[3-4]。

4.4 材料成本方面

传统的巷道拐弯工艺为先炮掘开口位置对帮施工5 m 的耙矿（岩）机硐室,然后开口施工35～40 m。其中：布置炮眼40 个/m，累计施工1 600 个炮眼；每个炮眼放1 条炸药和1 个雷管，共需要炸药1.2 t、雷管 2 000 发，每发雷管 3.04 元，炸药 12 930 元 /t，累计节约火工品费用21 596 元。