大坡度长距离综掘快速施工工艺实践与应用

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　　 摘要：3311工作面切眼通过采用综掘大坡度施工工艺，提高了掘进工作效率、减少了人工费用的投入、缓解了采掘接续紧张等问题。在现场实施过程中就综掘设备自身存在的问题，提出解决方案，在施工工艺方面进行改进，完成了整套综掘设备快速作业工序,进一步完善综掘大坡度长距离快速施工工艺，充分体现了机械化效率的优越性。
　　 关键词：综掘 大坡度长距离施工工艺
　　 许厂煤矿是山能淄矿集团济北矿区投产的第一对现代化矿井，位于山东省济宁市高新经济开发区境内，设计生产能力150万t/a，1999年10月份建成投产，采用立井多水平开拓方式。许厂煤矿主采3下煤层，首采区为130采区，已回采完毕；生产采区430、530采区已进入回收阶段，随着3302工作面的回采，标志着矿井生产重点转移到330东、西翼采区。根据三维勘探地质资料分析，330东、西翼采区断层构造多，地质条件复杂，煤层倾角大。在煤巷掘进过程中主要采用掘进机施工，但由于煤层的赋存条件的不同，在很多地质条件下超过了掘进机本身设计极限，无法使用整套的综掘设备进行快速作业，只能采用炮掘方式施工。相对综掘而言，炮掘施工效率低，施工速度慢，再加上搬家、安装影响，大大影响施工进度，不能满足集约高效的煤矿发展需求和采掘接续紧张问题，为保证煤炭资源的回收和开采，对大坡度综掘施工工艺的研究应用就显得极为重要。
　　 1、工程概述
　　 许厂煤矿3311工作面位于-255m水平、330东翼采区北翼东部，为330东翼采区首采面，所采煤层为下二迭统山西组3下煤层，煤岩类型以半亮型煤为主，半暗型煤次之，黑色玻璃、沥青油脂光泽，线理状～宽条带状结构，属低灰、低硫、特低磷的优质气煤。从两顺槽实际揭露情况看，煤厚变化幅度较小，厚度在4.5～7.3m之间，平均6.8m，可采指数为1。该工作面在倾斜方向上煤层倾角+0～+30°，平均24°，总体上东高西低。
　　 3311工作面轨道顺槽揭露DH93断层（H=5～16m、∠65°）后，按方位角279°进行调向施工3311工作面切眼。3311工作面外切眼设计坡度为-26°，平距178m，当时考虑到采用炮掘施工，但由于接续紧张等因素，最终确定采用S200型掘进机掘进施工。
　　 （1）3311工作面切眼均为全煤巷道，断面为矩形，
　　 一次掘进规格为：
　　 B掘进＝4.6m、 B净＝4.4m；H掘进＝2.9m、 H净＝2.8m；
　　 S掘进＝13.34m2、S净＝12.32m2。
　　 二次刷宽规格为：
　　 B掘进＝3.6m、 B净＝3.5m；H掘进＝2.9m、 H净＝2.8m；
　　 S掘进＝10.44m2、S净＝9.8m2。
　　 切眼全断面规格为：
　　 B掘进＝8.2m、 B净＝8.0m；H掘进＝2.9m、 H净＝2.8m；
　　 S掘进＝23.78m2、S净＝22.4m2。
　　 （2）设备参数
　　 3311工作面切眼采用日本三井三池生产的S200型掘进机掘进施工，掘进机主要技术参数：截割高度5.1m，截割宽度6.5m，截割硬度≤80 Mpa；该掘进机属轻型悬臂式掘进机，采用了无支重轮履带行走机构，左、右履带行走机构对称布。左、右履带行走机构各由液压马达经三级圆柱齿轮和二级行星齿轮传动减速后，将动力传给主动链轮，驱动履带运动，其最大适应巷道坡度为±22°。
　　 2、可行性研究
　　 综掘一般适应于16°以下的巷道上、下山掘进，在掘进过程中如果碰到坡度大于±16°的上、下山时，一般情况下都是采用炮掘施工，甩掉掘进机使用耙装机另外安装一部40T刮板输送机，改变生产工艺主要原因有：
　　 （1）坡度下滑力增大对掘进施工的影响
　　 3311切眼坡度大于22°，由于坡度增大，掘进机受自重而产生的下滑力剧增，向后的驱动力必须大于下滑力才能保证掘进机退机起底施工。
　　 （2）煤流运输的影响
　　 采用S200型掘进机截割，落煤通过掘进机自身耙爪扒装到掘进机本身的刮板输送机上，再通过桥式胶带转载机转运到SSJ-800型可伸缩胶带输送机运输上进行运输，正常情况下采用上述方法进行施工。当巷道坡度大于16°时，煤矸将会出现自溜现象，自溜的煤矸堆集在综掘机桥式皮带机尾处，滚落的大块煤矸往往会伤人等现象。
　　 （3）掘进机设备的影响
　　 掘进机的油箱水平固定在掘进机机身上，吸油口在油箱的后部，下坡施工时出现吸空现象。
　　 以上三个问题得到解决后，综掘大坡度下山掘进的难题就解决了。
　　 3、主要技术内容
　　 针对以上影响因素分析，通过可行性研究之后，我们提出了以下解决方案：
　　 （1）解决掘进机下滑问题
　　 ①在3311面切眼门口安装一部SDJ-28吨的回柱绞车，回柱绞车底座采用10条规格为φ18×2400mm20MnSi高强度全螺纹钢锚杆进行全长锚固，并在绞车前方设置了防护栅栏；采用φ24.5的钢丝绳用滑头与掘进机相连接，通过绞车牵引可以减少一部分下滑力。
　　 ②在掘进机履带前方使用了综掘机防滑装置，防滑装置采用矿用12#工字钢制作成“丁”字型。每次截割完毕、退机后放在综掘机履带前下方，在支护时防止综掘机自溜。
　　 ③每个循环进尺截割完毕后需要进行退机、进行永久支护。退机时，先将铲板抬起、后支撑全部收回，将截割头缩回并放置巷道底板上。此时联系绞车司机，进行退机，掘进机司机在退机的同时将截割头伸出，推动掘进机向后行走。退到规定距离后，掘进机司机将铲板、截割头落下；绞车司机使好车闸。
　　 （2）煤流系统的改造
　　 ①在正常情况下通常采用掘进机后面跟SSJ-800型可伸缩胶带输送机运输，在巷道坡度大于16°时，向上运输时煤矸往往出现自溜现象，我们将皮带运输改为40T刮板输送机运输。
　　 ②将掘进机后部的桥式皮带进行了改造。将原来13.5m长的桥式皮带缩短为6m，将原小跑车去掉该为升降油缸进行控制，并在皮带上加设防滑横向挡板，增大摩擦力，减小煤炭下滑问题。
　　 （3）将掘进机机身存在的问题进行改造
　　 将掘进机的进油口采用同型号的钢管套内丝，与原进油口连接，加高进油口，从而能向油箱内多加一部分油，杜绝了油泵吸空问题。
　　 （4）安全防护问题
　　 ①在掘进机操作台后方安设一道防护栏，防护栏使用4分圆钢管制作成，然后使用废旧皮带覆盖在护栏上，保护截割期间综掘机司机安全。
　　②巷道内安设的刮板输送机的右侧安设一道封闭护网，将刮板输送机侧与行人台阶侧隔开。封闭护网随刮板输送机的延长前移及时前移安设， 并保证牢固可靠，防止出现溜矸伤人现象。
　　 ③为上下行人方便在巷道右侧距巷道中心线1.3m处、沿底板打设行人台阶。在巷道右侧距巷帮0.4m、巷道底板以上1.2m处固定一条台阶护绳（粗麻绳），其中护绳下端拴在斜巷下坡变坡点处，下端固定在距工作面5～6m以外的巷道右帮，并随工作面施工及时前移、续接。护绳每隔4m（5排锚杆）采用废旧锚杆握钩配合锚杆螺母焊接制作的连接杆固定在巷道右帮第二条锚杆上。（详见第一次掘进支护断面图1）
　　
　　
　　 4、经济、社会效益分析
　　 （1）经济效益
　　 3311面切眼全长178m，巷道分一次掘进和二次刷宽施工，再加采煤机窝20m，合计全长376m。采用综掘施工平均日进9m，共用42天；若采用炮掘施工平均日进3.2m，共用118天。采用综掘施工比炮掘施工节省76天，若每班出勤9人，共节省人工2052人次，根据许厂煤矿2010年全年人均收入7.3万元进行计算每工276.5元，可节省人工费用276.5×2052=567378元。
　　 （2）社会效益分析
　　 通过大坡度综掘施工工艺在3311掘进工作面现场的实际应用中比炮掘提前76天出面，取得的效果极为明显，为我矿以后在大于25°下山巷道的掘进提供了可靠的技术依据，提高了单进，加快掘进速度，减少了资金的投入，解决了采掘工作面接续紧张的现实问题。
　　 5、结论
　　 通过对大坡度长距离综掘快速施工工艺的研究得到如下几点结论：
　　 （1）通过对坡度下滑力、煤流运输、掘进机设备三项因素对掘进施工的影响方式研究，得到综掘大坡度下山掘进技术实施具有可行性。
　　 （2）结合上述因素提出了解决方案，通过技术革新成功解决了掘进机下滑问题；对煤流系统进行优化，解决了煤炭下滑难题；将掘进机的进油口采用同型号的钢管套内丝，与原进油口连接，加高进油口，从而能向油箱内多加一部分油，杜绝了油泵吸空问题；加强了安全防护，杜绝安全事故的发生。
　　 （3）采用综掘施工比炮掘施工节省工时76天，节省人工费总计567378元，技术研究及应用成功解决了采掘工作面接续紧张的现实问题。
　　
　　任明博：1961年9月出生，1985年毕业于山东矿业学院采矿系，现任山东煤炭技术学院培训处副处长，常年深入煤矿生产现场，为教学工作积累了丰富的经验，多次在中国矿业刊物上发表论文。
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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