大断面岩巷工作面新型快速掘进技术的应用研究

邓 鹏

（山西新景矿煤业有限责任公司， 山西 阳泉 045000）

1 试用工作面概况及巷道规格

1.1 工作面概况

新景公司位于山西省阳泉市郊区，1999 年正式投入试生产，主采3 号、8 号、15 号煤层，年设计生产能力450 万t。该矿为煤与瓦斯突出矿井。为了满足当前采掘衔接，公司安排将CMZY2-180/35 型钻装一体机在佛洼8 号采区南回风巷进行试用。

佛洼8 号煤采区回风巷地表位于佛洼风井以东，焦垴岩以南，深脚河以西，新庄窝村西北的山坡、山梁、沟谷地段。工作面井下位于佛洼采区东部，东为佛洼8 号煤采区回风巷已掘段；南为佛洼8 号煤8304 工作面（未掘）；西为佛洼8 号煤采区回风巷未掘段；北为佛洼8 号煤皮带巷（已掘）。

巷道掘进期间将掲6 号煤层、5 号煤层；6 号煤层厚度变化较大，但在本巷东部较薄，甚至尖灭，厚约0.00～2.15 m，平均1.38 m，煤层倾角3°～11°；5 号煤层厚度较薄，不稳定，局部存在，厚约0.00～0.20 m，平均0.07 m，煤层倾角3°～11°。巷道岩性以泥岩和砂质泥岩为主,坚固性系数为4～6。

本巷由佛洼8 号煤8305 回风巷口处开口，按设计依次向东0°掘进60 m，7°上山掘进262 m，后0°施工20 m 与8 号煤南回风巷原停头位置贯通，总施工长度为342 m。

1.2 巷道规格及支护形式

巷道断面为直墙半圆拱型断面，净宽5.0 m，净高4.3 m，荒宽5.2 m，荒高4.4 m，直墙高1.8 m。净断面S净=18.81 m2，荒断面S荒=19.98 m2。

断面采用锚杆、锚索、钢筋网、喷砼联合支护，顶部每排巷中及两侧布置五根顶锚索，其他位置布置顶锚杆。

2 设备参数（见表1）

表1 CMZY2-120/18 型钻装一体机性能参数

3 技术方案

3.1 试用方式

2019 年10 月24 日，CMZY2-120/18 型钻装一体机在新景公司开拓二队佛洼8 号煤采区南回风巷投入试用，为了研究CMZY2-120/18 型钻装一体机的试用效果，本次试用与8 号煤南回风巷原ZWY-80/45L 扒渣机施工工艺作对比，科研项目研究组委派新景公司调度室掘开系统，分人员分班次对试用情况进行现场写实，汇总各种数据，并根据巷道掘进不同的岩性所施工的月度进尺、施工效率以及人工投入等方面，比较钻装机的优缺点，最后得出项目结论。

3.2 生产情况统计

要求施工队组钻装机司机应了解本机的性能特点，熟悉操作规程，掌握操作要领，并具有独立排除故障能力，经技术培训考核合格后方能上岗。施工区域为掌头岩，该区域岩性以泥岩、砂质泥岩和细粒砂岩为主。

3.2.1 10 月24 日至10 月29 日进尺完成情况

有效使用天数5 d，生产班次14 个班次，施工进尺25.5 m，日均进尺5.1 m。

3.2.2 10 月30 日至12 月15 日进尺完成情况

有效使用天数47 d，生产班次15 个班次，施工进尺147.5 m，日均进尺6.1 m。

3.2.3 7 月18 日至8 月17 日进尺完成情况

有效使用天数28 d，施工进尺195.3 m，日均进尺7 m。

3.2.4 8 月18 日至9 月17 日进尺完成情况

有效使用天数29 d，施工进尺207.6 m，日均进尺7.2 m。

3.3 两种施工工艺对比情况

1） 掌头岩性以泥岩和砂质泥岩为主：CMZY2-120/18 型钻装一体机2 m 钻杆平均用时1.5分钟，打起全断面炮眼80 个平均用时60 min；人工使用YT-29 风钻钻孔2 m 钻杆平均用时4 min，打起全断面炮眼80 个平均用时160 min。注：两种工艺均为两组钻孔同时施工所计用时。

2）掌头岩性以泥岩、砂质泥岩和细粒砂岩为主：CMZY2-120/18 型钻装一体机2 m 钻杆钻孔平均用时2 min，打起全断面炮眼80 个平均用时80 min；人工使用YT-29 风钻2 m 钻杆钻孔平均用时5～6 min，打起全断面炮眼80 个平均用时220 min。

3）出矸系统：挖斗—小溜—钻装机桥式皮带—第4 部皮带—第3 部皮带—第2 部皮带—头部皮带—大皮带—煤仓。

根据现场使用情况统计，钻装一体机出矸不必上刮板输送机，可直接搭接皮带，配套设备单一，易维护，出矸效率高。钻装一体机每班出矸平均用时1.5 h；原ZWY—80/45L 扒渣机出矸，出矸效率一般，且搭配刮板输送机，设备不好维护，刮板输送机易出故障，影响出矸，平均用时2.5 h 出矸完成。

使用钻装一体机后，打眼和出矸的效率明显提高，每班结余的时间和人力调用出来喷浆、补打帮锚杆，增加了工作量。

4 试用效果及效益

4.1 效果

通过为期两个多月的试用，CMZY2-120/18 型钻装一体机在8 号煤南回风巷的施工，各项指标均符合标准。具体如下：

1）日进尺5 m，月进尺140 m，是原施工工艺平均单进的1.5 倍。

2）机械化程度高，减轻了工人劳动强度。

3）劳动用工减少。采用钻装机施工工艺时生产队组生产班每班出勤8 人，加上瓦检员、放炮员共10 人方可满足正常生产。

4.2 效益

4.2.1 直接成本对比

钻装机：截齿费用152 元/m，油脂费用3.64 元/m，共155.64 元/m。

扒渣机：火工品费用为403 元/m，钻杆钻头消耗120 元/m，共523 元/m。

比较：综掘比炮掘每米巷道节约367.36 元/m。8号煤南回风巷按306 m 计算，整条巷道可节约44.08万元。

4.2.2 人工工资对比

采用钻装机施工工艺月进140 m，施工完306 m巷道需要2.2 个月，每月用工24×30=720 个，需用工2.2×720=1 584 个。

采用扒渣机施工工艺月进90 m，施工完306 m巷道需要3.4 个月，每月用工27×30=810 个，需用工3.4×810=2 754 个。

施工完306 m 的8 号煤南回风巷，采用钻装机施工工艺比扒渣机少用工1 170 个，每工按280 元计算，人工费用减少32.76 万元。

4.2.3 租赁费用

使用钻装机日租赁费用为4 000 元，施工完306 m 的8 号煤南回风巷巷道需要租赁费用为2.2×30×4 000=26.4 万元。

采用扒渣机施工工艺时，扒渣机日租赁费用为229 元，施工完306 m 的8 号煤南回风巷巷道需要租赁费用为3.4×30×229=2.335 8 万元。

使用钻装机比扒渣机增加租赁费用为24.064 2万元。

4.2.4 电费

钻装机：钻装机每天工作8.5 h，总功率为90 kW，每度电按0.5 元计算，施工完306 m8 号煤南回风巷巷道电费2.2×30×8.5×90×0.5= 2.52 万元；局部通风机功率为55 kW，电费2.2×30×24×55×0.5=4.36 万元，合计电费6.88 万元。

扒渣机：扒渣机每天工作7.5 h，扒渣机功率为45 kW，每度电按0.5 元计算，施工完306 m8 号煤南回风巷巷道电费3.4×30×7.5×45×0.5=1.72 万元。局部通风机功率为55 kW，电费3.4×30×24×55×0.5=6.73 万元，合计电费8.45 万元。

使用扒渣机比钻装机增加电费1.57 万元。综上所述，施工完306 m 的8 号煤南回风巷使用扒渣机比钻装机节约费用近159.4 万元。

5 结语

新景公司使用CMZY2-180/35 型钻装一体机，在试用期间不但生产效率得到大幅提高，而且降低了工人的劳动强度，取得了较好的社会、经济效益。当然，岩巷新型快速掘进技术在应用初期仍存在一些问题，但随着各项技术和管理配套措施的不断完善，存在的问题也将随之解决。在大断面岩巷掘进中使用CMZY2-180/35 型钻装一体机仍是当前和今后一段时期内解决采掘工程衔接紧张的重要途径，岩巷新型快速掘进技术也将成为当前条件下的常态施工方式。