摘 要  介紹了上灣煤礦在長(zhǎng)距離巷道快速掘進(jìn)中的設(shè)備配置、施工工藝和勞動(dòng)組織，同時(shí)就適用條件和施工所采取的措施作了進(jìn)一步的建議和說明。

關(guān)鍵詞 連續(xù)采煤機(jī)  連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)  長(zhǎng)距離巷道  快速掘進(jìn)  施工工藝

上灣煤礦位于陜、蒙接壤處的神府東勝煤田，是神華集團(tuán)神東公司所屬的大型骨干礦井之一，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力10.0Mt/a。2002年12月開始1-2煤層開采的基本建設(shè)，2003年1月上灣煤礦連采一隊(duì)單機(jī)3巷掘進(jìn)完成進(jìn)尺4656m，創(chuàng)國內(nèi)煤礦單機(jī)3巷掘進(jìn)進(jìn)尺速度新紀(jì)錄，被中國企業(yè)聯(lián)合會(huì)、中國企業(yè)家協(xié)會(huì)收入第九批中國企業(yè)新紀(jì)錄。

1  巷道及所在煤層及圍巖情況

創(chuàng)造新紀(jì)錄所掘的巷道是為服務(wù)于上灣井田西翼盤區(qū)1-2煤開采的3條集中巷，1條作輔助運(yùn)輸兼進(jìn)風(fēng)巷，1條作膠帶運(yùn)輸巷，1條作集中回風(fēng)巷。這3條巷道平行布置，間距在20m之內(nèi)，均位于1-2煤煤層中，這為機(jī)械化掘進(jìn)創(chuàng)造了條件。掘進(jìn)地段1-2煤煤厚3.59～6.23m，煤層傾角0～3°，煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度為0.8～2.78m，老頂以細(xì)、粉砂巖為主，部分地段為中粗砂巖，厚度大于20m，直接底為泥巖，老底為砂巖。

1-2煤3條集中巷均為矩形斷面巷道，掘進(jìn)中每隔50～60m布置施工一條聯(lián)絡(luò)巷。各巷斷面尺寸（寬×高）分別為：輔助巷5.0m×3.6m，膠運(yùn)巷5.0m×3.6m，回風(fēng)巷6.0m×3.6m。巷道布置如圖1所示。
圖1  1-2煤3條集中巷巷道（局部段）平面布置圖

2  施工工藝及施工組織

2.1  施工方法及設(shè)備裝備局部段

掘進(jìn)時(shí)采用美國JOY公司生產(chǎn)的12CM15-10D型連續(xù)采煤機(jī)進(jìn)行割、落煤，并實(shí)現(xiàn)自裝煤；采用DBT公司生產(chǎn)的2000型連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)將連采機(jī)采出的煤炭破碎并轉(zhuǎn)載至膠帶機(jī)上；采用澳大利亞生產(chǎn)的ARO四臂錨桿機(jī)進(jìn)行錨桿支護(hù)；采用DBT公司生產(chǎn)的488型鏟車運(yùn)送材料、設(shè)備和巷道內(nèi)清理的浮煤、淤泥。由此形成連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)割煤、裝煤，連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)、膠帶機(jī)運(yùn)煤、錨桿機(jī)支護(hù)、鏟車搬移材料設(shè)備以及清理巷道等全部工序的機(jī)械化施工作業(yè)方法。設(shè)備型號(hào)及參數(shù)如表1所示。

表1  連采掘進(jìn)工作面主要生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)裝備參數(shù)表

序號(hào)設(shè)備 名稱規(guī)格/型號(hào)數(shù)量主 要 技 術(shù) 參 數(shù)

1連采機(jī)12CM15-10D1生產(chǎn)能力：15～27t/min；總功率：553kW；速度：0～10.7m/min；采高：2.657～4.6m；截割寬度：3.3m；電壓：1100V；工作面傾角范圍：≤5°；走向傾斜度：±17°

2連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)20001功率：890kW；電壓：1140V；運(yùn)輸能力：2000t/h

3錨桿機(jī)ARO—40RELMB—CWT1功率：2×45kW；采高：2.3～4.6m；巖石硬度：60～70MPa綜合巖層；對(duì)地間隙：250mm；最大支撐高度：4000mm； 最大支撐力：20000kg ；最大進(jìn)給長(zhǎng)度：2050mm；鉆桿鉆速：600r/min

4鏟車UN-4881動(dòng)力來源為蓄電池128V；充電運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間：8～10h/次；回轉(zhuǎn)半徑：內(nèi)徑3531mm，外徑6655mm；載重：4t

5皮帶機(jī)DSP1080/10001運(yùn)輸能力：800t/h；功率：160kW；長(zhǎng)度：1000m ；帶寬：1000mm；帶速：2.5m/s

2.2  掘進(jìn)與支護(hù)工藝

2.2.1 落煤、裝煤工藝

采用連續(xù)采煤機(jī)進(jìn)行截割煤和裝煤。司機(jī)先開動(dòng)采煤機(jī)調(diào)整在巷道前進(jìn)方向左側(cè)，并按激光線確定位置，開始向前方煤壁切割直至割入深度達(dá)15m，然后退出；再將采煤機(jī)調(diào)整到巷道右側(cè)，開始截割剩余部分，連采機(jī)就是以切槽和采垛工序來完成巷道的掘進(jìn)。無論是切槽還是采垛工序，連采機(jī)截割時(shí)，首先將采煤機(jī)截割頭調(diào)整至巷道頂部，將截割頭切入煤體，然后逐漸調(diào)整截割頭高度，由上向下截割煤體，當(dāng)割到巷道底板時(shí)，采煤機(jī)稍向后退，割完底煤，使巷道底板平整，并裝完余煤，再將采煤機(jī)截割頭調(diào)整至巷道頂板，接著進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)，這樣截割循環(huán)往復(fù)進(jìn)行，直至掘進(jìn)進(jìn)尺達(dá)到規(guī)程規(guī)定的掘錨循環(huán)進(jìn)尺（一般為15m）時(shí)，連采機(jī)就得移到下一條巷道進(jìn)行作業(yè)。裝煤采用連續(xù)采煤機(jī)自裝煤方式。連采機(jī)割煤時(shí)，煤落入采煤機(jī)鏟板的收集頭上，裝在收集頭上的圓盤耙爪連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將煤裝入采煤機(jī)自帶的中部運(yùn)輸機(jī)，中部輸送機(jī)將煤裝卸到搭接在連續(xù)采煤機(jī)后面的連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)給料破碎機(jī)內(nèi)。

2.2.2 連續(xù)運(yùn)輸工藝及相關(guān)工序的應(yīng)用

通常的連采掘進(jìn)工作面使用連續(xù)采煤機(jī)落煤，然后通過梭車或蓄電池運(yùn)煤車等后配套設(shè)備運(yùn)輸?shù)侥z帶輸送機(jī)上運(yùn)輸出去。而實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸工藝的連采掘進(jìn)工作面與通常的連采掘進(jìn)工作面不同的是使用了連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)這種新型、先進(jìn)的后配套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了掘、裝、運(yùn)連續(xù)作業(yè)，為快速掘進(jìn)提供了條件。上灣礦所使用的連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)由DBT公司生產(chǎn)，總功率890kW，供電電壓1140V，運(yùn)輸能力2000t/h。該系統(tǒng)由8～10個(gè)獨(dú)立的運(yùn)輸轉(zhuǎn)載單元（MBC和PBC）和一條剛性結(jié)構(gòu)皮帶機(jī)尾（RFM和RFM/TP）組成(見圖2)。如為8個(gè)獨(dú)立單元，則包括4臺(tái)移動(dòng)式橋式輸送機(jī)（MBC）和4臺(tái)跨騎式橋式輸送機(jī)（PBC），搭接后的總長(zhǎng)度為86.3m。其中，第1臺(tái)移動(dòng)式橋式輸送機(jī)裝有給料破碎機(jī)（MBC/FB），緊跟連采機(jī)，直接轉(zhuǎn)載破碎連采機(jī)開采的煤炭，最后1臺(tái)跨騎式橋式輸送機(jī)在90m長(zhǎng)的剛性結(jié)構(gòu)膠帶機(jī)的機(jī)尾架（RFM）上搭接并滑移。剛性結(jié)構(gòu)架（RFM）在機(jī)尾部分與膠帶機(jī)通常的中間架相連接，作為膠帶機(jī)的一部分運(yùn)行使用。

圖2  連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

掘進(jìn)煤經(jīng)過連采機(jī)的運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)載至連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)的第1臺(tái)帶有給料破碎機(jī)的移動(dòng)式橋式輸送機(jī)（MBC/FB）上，之后再經(jīng)過互相搭接的4臺(tái)跨騎式橋式輸送機(jī)（PBC）、3臺(tái)移動(dòng)式橋式輸送機(jī)（MBC）、膠帶機(jī)尾剛性架（RFM）皮帶輸送至膠帶機(jī)的皮帶上。

在掘進(jìn)工作面，視連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)在剛性結(jié)構(gòu)架上的滑移位置，決定巷道及膠帶是否需要向前延伸。1-2煤3條集中巷在施工時(shí)，為了給集中膠運(yùn)巷安排與掘進(jìn)平行作業(yè)的鋪砼底板工程，將掘進(jìn)用膠帶鋪在了回風(fēng)巷內(nèi)。掘進(jìn)時(shí)，將回風(fēng)巷、膠運(yùn)巷超前，并將聯(lián)絡(luò)巷掘出。之后掘進(jìn)輔運(yùn)巷且必須保證與聯(lián)絡(luò)巷貫通，然后前移延伸膠帶，通過聯(lián)絡(luò)巷盡量將輔運(yùn)和膠運(yùn)巷按照連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)的延展長(zhǎng)度掘進(jìn)到位，然后又送出回風(fēng)巷、掘進(jìn)聯(lián)絡(luò)巷并與輔運(yùn)巷貫通。開聯(lián)絡(luò)巷時(shí)，為了便于連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)順利通過，可將開口處抹角按2×2m的區(qū)域抹成圓弧狀，同時(shí)需將聯(lián)絡(luò)巷與正巷布置成呈60°左右的夾角形式，以方便連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)通過。

清煤選用488型鏟車清理巷道內(nèi)的浮煤、淤泥，保證巷道干凈、暢通。

2.2.3 錨桿支護(hù)工藝

選用ARO四臂錨桿機(jī)來完成打眼和安裝工作。錨桿機(jī)與連續(xù)采煤機(jī)平行作業(yè)，錨桿支護(hù)盡可能及時(shí)，減少巷道頂板懸空空頂時(shí)間，一旦采煤機(jī)退出一條割煤巷時(shí)，錨桿機(jī)便立即進(jìn)入進(jìn)行支護(hù)作業(yè)。
打眼前依據(jù)激光線將錨桿機(jī)調(diào)整在巷道的合適位置，同時(shí)將鉆架主托架移到距工作面最近一排錨桿，調(diào)整排距，停止行走，放下穩(wěn)定靴，進(jìn)行前探梁支護(hù)。作為臨時(shí)支護(hù)，根據(jù)設(shè)計(jì)好的錨桿的間、排距，將要打錨桿的位置預(yù)先標(biāo)好，并在鉆桿上標(biāo)出鉆進(jìn)的深度。之后在鉆箱上裝好鉆桿，鉆眼達(dá)規(guī)定的深度，退出鉆桿，先給眼內(nèi)塞進(jìn)樹脂藥卷，推到孔底，然后將已上托板和螺母的錨桿尾部套上鉆機(jī)，起動(dòng)鉆機(jī)捅破藥卷并攪拌，同時(shí)將桿體推至孔底，攪拌后擰緊螺母，使其扭矩、錨固力達(dá)到要求。

為了配合長(zhǎng)距離巷道的快速掘進(jìn)，在掘進(jìn)和運(yùn)輸設(shè)備生產(chǎn)能力有保障的情況下，研究加快支護(hù)速度、提高支護(hù)質(zhì)量顯得尤為重要。在2003年的基建生產(chǎn)中，上灣煤礦連采隊(duì)在施工1-2煤巷時(shí)，遇到巷道淋水、涌水量大而且支護(hù)跟不上的問題，采取了幾個(gè)面多臺(tái)錨桿機(jī)平行作業(yè)的方式（此時(shí)相應(yīng)增加錨桿機(jī)作業(yè)人員），減少調(diào)機(jī)時(shí)間和次數(shù)，協(xié)調(diào)好支護(hù)與空頂?shù)臄?shù)量關(guān)系，縮短空頂時(shí)間，支護(hù)質(zhì)量一次達(dá)標(biāo)不返工，以保證安全，曾創(chuàng)單機(jī)日掘進(jìn)225m 的最好成績(jī)。

2.3  施工組織

實(shí)行“三八”作業(yè)制度，3班作業(yè)。檢修視皮帶延伸等情況而定。各班人員安排如表2所示。

表2  各班組人員安排及工種配置

工種及班次生產(chǎn)一班生產(chǎn)二班生產(chǎn)三班檢修班合計(jì)

班長(zhǎng)兼采煤機(jī)司機(jī)兼采煤機(jī)司機(jī)兼采煤機(jī)司機(jī)兼包機(jī)

采煤機(jī)司機(jī)1111（包機(jī)）4

運(yùn)輸系統(tǒng)司機(jī)5555（包機(jī)）20

錨桿機(jī)司機(jī)2222（包機(jī)）8

皮帶機(jī)司機(jī)1111（包機(jī)）4

電    工兼皮帶司機(jī)兼皮帶司機(jī)兼皮帶司機(jī)22

輔 助 工   44

管理人員    4

合計(jì)（人）9991546

3   技術(shù)措施

3.1 選擇錨桿支護(hù)

各巷道及聯(lián)絡(luò)巷均采用樹脂錨桿支護(hù)方式支護(hù)頂板，錨桿為反麻花端頭錨固，錨桿規(guī)格為φ16mm×1800mm，材質(zhì)為A3圓鋼，M16mm螺母。樹脂藥卷規(guī)格為φ23mm×350mm，鐵托盤為120mm×120mm×8mm方托盤。發(fā)現(xiàn)頂板有裂隙、離層、易冒落等特殊情況時(shí)，加鋼筋鋼帶、金屬網(wǎng)和錨索等加強(qiáng)支護(hù)。

其中：集中膠運(yùn)巷錨桿布置為矩形，每排4根，間排距1000mm×1200mm。

集中輔運(yùn)巷錨桿布置為矩形，每排4根，間排距為1000mm×1200mm。

集中回風(fēng)巷錨桿布置為矩形，每排5根，間排距為1000mm×1200mm。

聯(lián)絡(luò)巷錨桿布置為矩形，每排4根，間排距為1000mm×1200mm。

錨桿支護(hù)布置如圖3所示。

圖3  工作面巷道支護(hù)斷面圖

3.2  解決長(zhǎng)距離通風(fēng)

3條巷道掘進(jìn)頭為局部通風(fēng)，掘到一定距離，通過對(duì)聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)行密閉，可實(shí)現(xiàn)兩進(jìn)一回。每條巷道各使用1臺(tái)對(duì)旋隔爆軸流式通風(fēng)機(jī)，利用局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，解決密閉未到之處的通風(fēng)問題。通過逐段密閉聯(lián)絡(luò)巷、逐段前移風(fēng)機(jī)的方式，解決長(zhǎng)距離局部通風(fēng)問題。

上灣礦掘進(jìn)中選用的局部通風(fēng)機(jī)技術(shù)特征如表3所示。

表3  對(duì)旋隔爆軸流式通風(fēng)機(jī)技術(shù)特征

型號(hào)2BKJ-NO5.6轉(zhuǎn)速2930r/min

功率2×18.5kW風(fēng)量400～200m3/min

電壓380/660V全風(fēng)壓350～4000Pa

3.3 主、輔運(yùn)輸

巷道掘到足夠長(zhǎng)的距離后，為了保證煤炭運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)性，可以每向前延伸1000～1200m，布置1臺(tái)膠帶機(jī)相互搭接，提高掘進(jìn)效率。同時(shí)加大膠帶的維護(hù)力度，各部膠帶都安設(shè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，防跑偏、防堆煤、防煙霧裝置等保護(hù)齊全，便于檢修人員發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，從而有效地保證了膠帶的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
輔助運(yùn)輸采用無軌膠輪車，解決長(zhǎng)距離送人和材料等工作。長(zhǎng)距離掘進(jìn)時(shí)，3條巷道中，1條鋪設(shè)膠帶，其余2條均可作為掘進(jìn)期間的輔助運(yùn)輸巷道。施工砼底板時(shí)，可交替逐段施工，逐段投入使用，兩巷之間通過聯(lián)絡(luò)巷改變行車線路，做到行車、施工兩不誤。

3.4 供、排水

掘進(jìn)中供排水管路緊跟掘進(jìn)面（最多滯后兩個(gè)聯(lián)絡(luò)巷）。掘到足夠長(zhǎng)的距離后，視供水出水口壓力，加設(shè)管道加壓泵。根據(jù)排水情況，選擇標(biāo)高較低的聯(lián)絡(luò)巷，打設(shè)水倉，通過自流或水泵接力排出污水。

4  結(jié)語

高產(chǎn)高效礦井建設(shè)的發(fā)展要求，勢(shì)必對(duì)機(jī)械化掘進(jìn)提出更高的要求。隨著井田的大型化、工作面長(zhǎng)度的加長(zhǎng)、推進(jìn)速度的加快，要求在采掘關(guān)系上，掘進(jìn)能夠滿足回采接續(xù)的要求。為此，利用高可靠性的施工設(shè)備和優(yōu)越的生產(chǎn)地質(zhì)條件，研究實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的快速掘進(jìn)，適應(yīng)礦井生產(chǎn)的快速發(fā)展要求，具有極為現(xiàn)實(shí)的意義。

上灣煤礦為了縮短基建工期，繼在神東礦區(qū)首次采用連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)作為回采后配套設(shè)備后，又首次在長(zhǎng)距離掘進(jìn)工作面進(jìn)行了嘗試，充分發(fā)揮了設(shè)備效能，取得了良好的效果，同時(shí)在礦區(qū)的其他幾個(gè)礦得到了推廣應(yīng)用。采用連續(xù)采煤機(jī)配套連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行3巷或雙巷掘進(jìn)，完全可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離巷道的快速掘進(jìn)，在條件適宜的礦井有著廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。