华阳集团EQS3000型全断面盾构机试用

姜涛

（华阳新材料科技集团有限公司，山西 阳泉 045000）

1 概 况

华阳集团一矿为解决施工中存在的机械化程度低、劳动强度高、掘进效率低、工作环境差等问题，决定建设高标准智能化工作面，帮助矿井高质量可持续发展。2021年10月底在81405工作面走向高抽巷（以下简称81405高抽巷）试用江苏神盾EQS3000型全断面盾构机。盾构机是先进的掘进装备，集破、装、支于一体，使用先进的电子、信息遥测、遥控智能化系统，在掘进施工方面具有众多优点。经过试用研究，有效提高了掘进效率，改善了作业环境，并设计了井下填充工艺，创造了巨大的经济效益，为绿色矿山建设提供了可借鉴的经验和思路。

2 矿井及巷道基本情况

2.1 矿井概况

华阳集团一矿始建于1956年7月21日，1979年9月投产，位于阳泉市西北部和盂县东南部，东邻原集团公司四矿，南邻集团公司三矿、新景矿，西邻集团公司七元矿，北邻荫营煤矿及程庄煤矿。井田东西走向长约14.5 km，南北宽约9.8 km，井田面积83.6 km2，现地质储量5.6亿t，可采储量3.25亿t，矿井生产能力850万t/a，主采15号煤层，剩余服务年限27 a。

2.2 井上下位置

华阳集团一矿81405高抽巷地面相对位置位于大红简沟以东，高家沟以南，巨沟以西，石建坪梁以北的山梁沟谷地带。井下位于十四采区西北部，东部为本采区采区大巷，西部为十六采区（未掘进），北部为81403回采工作面（已回采），南部为81407回采工作面（未掘进）。

2.3 巷道概况

81405高抽巷设计长度为1 690 m，其中包含盾构机始发硐室200 m、盾构机施工长度1 490 m。设计沿11号煤顶板K4石灰岩上方的细砂岩掘进的全岩巷道，和15号煤层间距平均约为55 m。巷道坡度最小1°，最大6°，平均4°。巷道形状圆形，净直径3 m，净断面7.065 m2。地面标高1 096.6—1 255.0 m，井下标高743.9—822.9 m。

2.4 巷道支护

顶板采用“单体锚杆+钢筋网”联合支护。每排布置4根锚杆，锚杆使用φ20 mm×1 800 mm的左旋螺纹钢锚杆，间、排距1 000 mm，第2、3眼距巷道中线500 mm，托板采用150 mm×150 mm×10 mm拱形托板，配合高强螺母、高强托板调心球垫和尼龙垫圈。1 500 mm×1 000 mm的钢筋网（φ6.5 mm×100 mm×100 mm、搭接侧带勾）。

3 盾构机基本情况

EQS3000型全断面盾构机主要用于煤矿岩石巷道掘进。由刀盘、驱动、前护盾、伸缩护盾、撑紧盾、撑紧系统、推进系统、超前钻机、锚杆钻机、除尘风机、后配套拖车等构成。在地质条件较好、单轴抗强度30～180 MPa、围岩稳定、断裂带少、巷道转弯半径大于300 m的条件下使用。集掘进、出渣、支护、除尘、通风、导向技术于一体，使用电子信息遥测遥控，对全部作业过程实施制导及监控，自动化、信息化、智能化程度高。

盾构机主要机构如图1所示。

图1 盾构机设备模型Fig.1 Model of shield machine equipment

4 盾构机作业线情况

4.1 作业线配套

工作面设备布置如图2所示。

图2 工作面设备布置Fig.2 Equipment layout of working face

工作面掌头安装EQS3000全断面盾构机，实现截割和装载，矸石经刀盘中心的溜渣槽，落到一运皮带机、二运皮带机，后经高抽巷DJS80/20/2×160型高强度皮带机运输，再经采区2部皮带机转载至充填巷立眼。立眼安装P-90B型耙岩机，将矸石转载至DJS80/2×55型可伸缩皮带机，至HDJA00型充填抛矸上料机和TCJ-D80/30/67型抛矸机，实现井下就地充填。为减少立眼下设备事故，根据巷道实际情况，在充填巷外同步布置ZWY-80型扒渣机配套皮带机进行运输。

4.2 施工工艺

巷道掘进使用EQS3000全断面盾构机，即利用带有滚刀的刀盘挤压将岩石剥落成小块矸石，通过刀盘铲刀将矸石碎块带到刀盘正面4个出渣铲斗上，经刀盘中心的溜渣槽，落到一运皮带机、二运皮带机后，经顺槽和采区皮带机出矸，在充填巷进行就地充填。

5 盾构机试用情况

5.1 进尺完成情况

EQS3000全断面盾构机从2021年11月1日正式投用以来，当月完成进尺608 m。平均日进20.26 m，最高日进51 m（11月28日）；平均班进10.13 m，最高班进28.2 m。11月日进尺完成情况如图3所示。

图3 日进尺完成情况Fig.3 Progression completion

5.2 工序用时情况

盾构机为自动化连续化掘进装备，接班准备完后，开始开机掘进，盾构机掘进作业处于不停机状态，即前部刀盘一直运行截割，盾体后部平台进行支护施工，实现连续化平行作业。

5.3 排矸充填情况

设计了井下填充工艺，打造了岩巷掘进和矸石井下充填新模式。前期在采区口施工一条大断面充填巷，巷道实际施工长度750 m，沿15号煤层顶板掘进，净宽6.0 m，净高5.0 m，净断面30 m2，设计充填体积20 000 m3，经测算基本满足81405高抽巷掘进矸石量。矸石充填实现了矸石井下就地充填，减少了至地面的多道运输环节，创造了可观的经济效益。

6 试用效果分析

6.1 盾构机作业线优势

（1）掘进效率高。盾构机通过一个月的应用，完成进尺608 m，最高日进51 m，创造了该矿岩巷月进、日进记录，掘进水平是原来的3～4倍。

（2）机械化、成套化、智能化程度高。盾构机是先进的掘进装备，实现截割、装运、支护工艺的全部机械化、连续化作业，且有自动作业、调整、监控的信息化和智能化模式，实现了高标准智能化掘进工作面。

（3）作业环境好。全机械化、自动化的作业模式，劳动强度显著降低，刀盘喷雾装置从源头实现喷雾降尘，配套除尘风机进一步控制悬浮粉尘，改善了工作面的作业环境。

（4）安全性高。通过刀盘截割、护盾临时支护，加之巷道状况好，人员在永久支护下作业，具有较高的安全性。

（5）支护成本低。巷道断面为圆形，且成型质量好，围岩破坏少，巷道整体状况良好。现场锚杆布置数量少，支护成本大大降低。

6.2 盾构机作业线存在的问题

（1）转向性能差。盾构机坡度原则控制在5°以内，对岩层坡度变化适应性差。如遇到层位条件较大变化，若不能及时调整到位坡度，将会给正常掘进带来较大影响。

（2）巷道围岩要求高。盾构机盾体长度近10 m，在截割作业后，靠护盾进行临时支护。如遇到泥岩等围岩松软破碎岩性，会出现顶帮破碎掉矸，造成设备运行和支护困难。在施工时，要动态调整巷道坡度，控制在稳定岩性层位内，实现高效掘进。

（3）准备工程多。盾构机作业线前期需要构系统工程量大，施工安装硐室，安装周期长；后期需施工拆除硐室，拆除影响大。

7 结 语

华阳集团一矿通过首台小断面岩巷盾构机试用，对盾构机工艺有了深入认识，积累了成套化掘进装备的经验。通过盾构机的使用，提高了工作面机械化、智能化程度，生产效率显著提高，实现了连续化平行作业，改善了作业环境；设计的矸石井下充填工艺的成功应用，为集团公司提供了井下矸石解决方案，创造了巨大的经济效益，为绿色矿山建设提供了可借鉴的经验和思路。