EBZ-318综掘机在大断面岩巷掘进施工中的应用_王继伟.pdf

1492023 年第 5 期王继伟：EBZ-318 综掘机在大断面岩巷掘进施工中的应用王继伟：EBZ-318 综掘机在大断面岩巷掘进施工中的应用收稿日期 2022-11-07作者简介 王继伟（1986），男，河南睢县人，2009 年毕业于河南理工大学工程管理专业，本科，现任河南国龙矿业建设有限公司榆树岭煤矿北风井项目部项目经理。EBZ-318 综掘机在大断面岩巷掘进施工中的应用王继伟（河南国龙矿业建设有限公司，河南 郑州 450000）摘 要 为提高矿井岩巷综掘速率，解决矿井使用钻爆法施工进尺低、劳动强度高等问题，榆树岭煤矿引进EBZ-318H 型综掘机进行北风斜井施工。现场应用表明：与传统炮掘相比，在生产进尺方面，采用综掘机后，掘进速度提升约 2 倍，最高日进尺达到 8 m，月进尺达到 156 m；在经济效益方面，每月减少用工 270 人，整条巷道节省费用约 88.247 4 万元。关键词 综掘机；掘进速度；大断面岩巷中图分类号 TD263.3+2 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.05.048Application of the EBZ-318 Comprehensive Excavator in Large Cross Section Rock Roadway Excavation ConstructionWang Jiwei(Henan Guolong Mining Industry Construction Co.,Ltd.,Henan Zhengzhou 450000)Abstract:In order to improve the comprehensive excavation speed of rock roadways in the mines and solve the problems of low construction footage and high labor intensity by using the drilling and blasting method,Yushuling Coal Mine introduces the EBZ-318H type comprehensive excavation machine for the construction of the north wind inclined shaft.The on-site application shows that compared with traditional blasting excavation,in terms of production footage,the use of a comprehensive excavation machine increases the excavation speed by about 2 times,with a maximum daily footage of 8 m and a monthly footage of 156 m;In terms of economic benefits,a monthly reduction of 270 workers resulted in a cost savings of approximately 882,474 yuan for the entire roadway.Key words:comprehensive excavator;excavation speed;large cross section rock roadway王继伟：EBZ-318 综掘机在大断面岩巷掘进施工中的应用王继伟：EBZ-318 综掘机在大断面岩巷掘进施工中的应用随着矿井巷道的不断延伸，榆树岭煤矿岩巷掘进采用的钻爆法施工工艺已无法满足高效安全生产的矿井发展需要。为提升矿井岩巷综掘速率，2021年榆树岭煤矿北风井施工使用 EBZ-318 掘进机进行施工，通过合理的支护工艺、作业循环工序，经济和社会效益显著。1 工程概况1.1 巷道概况榆树岭煤矿北风斜井布置于 8 号轨道石门东部，南部紧邻 8 号煤运输下山，北部为 8 号煤层三采区，西部为 8 号煤层五采区，东部为 8 号煤回风上山。岩巷斜井基岩段设计掘进宽度为 5.9 m，掘进高度为 5.05 m，掘进断面积 26.06 m2，属于大断面斜井。1.2 钻爆法存在问题一段时间以来，我国矿井岩巷掘进采用打眼放炮方式进行破岩，即钻爆法。该方法虽适用于多种地质条件，但存在安全系数低、掘进速度慢、劳动强度高、作业环境差等问题1-3。为了有效解决钻爆法施工带来的问题，榆树岭煤矿引进 EBZ-318 掘进机进行北风斜井施工。2 设备配套EBZ-318H 掘进机由截割部、铲板部、本体部、行走部、运输部组成，可实现连续截割、装载和转运作业。其中，截割部实现对岩石的机械破碎，铲板部实现对矸石的铲装，装运部实现对矸石的转载与运输。机载临时支护装置的护顶面积为 3.0 m3.5 m，最大截割高度 5.46 m，截割宽度 6.8 m，截割最大断面 38 m3，爬坡能力 18，卧底深度1502023 年第 5 期220 mm，可经济截割的岩石强度 100 MPa。主要设备见表 1。表 1 北风井岩巷段施工主要设备名称型号数量综掘机EBZ-318H1 台胶带输送机SDJ-8002 部锚杆钻机YT-292 台转载机EZQ800D1 台降尘器HCN4001 台喷浆机JPS71-L1 台3 施工工艺3.1 掘进与支护工艺巷道施工共包含 7 道工序，具体如图 1。1）截割岩石。掘进机利用截割部实现上下左右移动及行走，完成截割岩石工作。当进尺达到一定空顶距时（根据围岩情况不大于 4 排锚杆或 3.0 m），停止截割。2）巷道成形。掘进机后退 3.0 m 至拱部锚网支护下，并将截割头落地。在机载临时支护装置的保护下进行敲帮问顶、处理活矸。喷射混凝土 7080 mm 作为临时支护，保证巷道基本成形。3）挂铺和连接钢筋网。对巷道拱部区域进行挂网和连接钢筋网。4）拱部喷锚网支护。安装拱顶部 46 根锚杆，完成拱部的喷锚网支护。5）帮部锚网安装。对巷道两帮进行锚杆支护，连接钢筋网。6）拱部锚索安装。对巷道拱部进行锚索安装。7）复喷混凝土。复喷混凝土使巷道最终成形，混凝土厚度 50 mm。该工序距迎头不超过 70 m。.截割岩石；.喷射混凝土临时支护和巷道基本成形；.挂铺、连接拱部钢筋网；.拱顶 5 根锚杆；.帮部锚杆和钢筋网；.拱部 2 根锚索；.复喷混凝土图 1 掘进与施工工序示意图（m）3.2 定向工作为保证巷道成形，大断面斜井掘进需安设 3 台激光指向仪，即拱顶1台，两侧拱墙处各1台（图2）。掘进中正、副司机各负责一帮，控制巷道精准定向掘进和成形质量。1.激光指向仪；2.EBZ318H 掘进机；3.动力/通信/信号/监控电缆；4.风筒；5.供水管；6.排水管；7.压风管；8.皮带输送机；9.混凝土输水管；10.轨道图 2 施工断面布置图（mm）地测技术人员利用全站仪确定指向仪在巷道顶板和两帮的安装位置，同时交替前移 3 台激光指向仪，保证其指方向与巷道设计中腰线方向完全一致。3.3 正常截割EBZ-318H 截割头为圆锥台形，最大外径为1254 mm，长 1269 mm，在其圆周分布 56 把镐形截齿。截割头转速 31.8 r/min，截割功率 318 kW。掘进作业必须在 3 台激光指示仪的引导下进行，以防止巷道断面超欠挖。按巷道岩石硬度确定进刀量，并时刻关注机身显示屏的检测数据，掘进完毕后立即完成初喷混凝土成形和临时支护工作，完成拱顶部锚网工作和后重新进行下一掘进，如此循环。在掘进机后部进行的帮部锚网工作和拱部锚索作业与工作面截割作业平行进行，以互不干扰为原则。截割作业视巷道岩石硬度变化、煤岩分布情况及其破碎难易程度而定。若为中等及以上硬度岩石，应从断面底部开始正常掘进，先在断面中心底部开槽；断面有软弱夹层或煤线时，应在软弱夹层或煤线处开槽，随后自下向上、自左向右正常截割。3.4 扫底为便于掘进机行走及大断面截割，掘进机在截割作业时必须进行扫底，避免底板上堆积大量煤岩引起掘进机前行时越垫越高，进而导致底板越掘越高，影响巷道掘进质量的情况。扫底的轨迹规划如图 3。1512023 年第 5 期王继伟：EBZ-318 综掘机在大断面岩巷掘进施工中的应用王继伟：EBZ-318 综掘机在大断面岩巷掘进施工中的应用 图 3 扫底轨迹规划（mm）3.5 断面截割当工作面岩石软硬不同时，先选择较软的部位（煤层）进行掏槽，然后采用由下而上、左右截割的方法进行截割。依据岩石普氏硬度系数f的不同，循环进尺也有所区别。1）当截割硬度较小（f=24）的煤层或软岩时，综掘机可一次截割 2 排锚杆的进尺，最大空顶距不超过 1800 mm。2）当截割硬度为 f=46 的中硬岩石时，最大空顶距不超过 2000 mm。3）当截割硬度为 f=68 的较硬岩石时，最大空顶距不超过 2800 mm。4）当截割硬度为 f 8 的坚硬岩石时，最大空顶距不超过 3200 mm。5）当岩石或煤层松软破碎（f 2），综掘机可一次截割 1 排锚杆的进尺，最大空顶距不超过1000 mm，机载临时支护距离迎头不超过 0.2 m。正常截割作业采用左右循环向上的“S”轨迹截割方法。6）当 f=36 时，EBZ318H 掘进机正常截割，每次截割深度 300500 mm，实际生产能力 30 m3/h左右，即截割2排锚杆进尺1.62.0 m约需2.03.0 h。当截割岩石硬度大（6 f 8）且为同种岩石时，允许综掘机一次截割 4 排锚杆进尺，最大空顶距不超过 2700 mm。在这种较硬岩中掘进时，应将截割部处于水平和机器中心位置开始截割，最大一次截割深度以不超过 250 mm 为宜，截割头扩窝后再继续左右循环向上的“S”轨迹截割。截割时截割头最大参与截割深度以不超过 700 mm 为宜，禁止将整个截割头钻进岩壁进行截割作业。7）在截割较硬及坚硬岩时，要根据工作面实际情况决定连续截割时间的长短（如半小时或一小时），以便停机观察截齿的损耗情况，如发现有截齿断裂或磨损大及时更换，否则截割时会损坏齿座，导致截割头升井维修。截齿正常使用过程中，磨损长度 1015 mm 时，必须更换截齿，禁止在磨损长度超过 15 mm 时继续使用。3.6 运输EBZ-318H 的铲板部是由主铲板、侧铲板、铲板驱动装置、从动轮装置等组成，通过两个液压马达驱动星轮，把截割下来的矸石收集到第一运输机内。综掘机的铲板在油缸作用下可向上抬起 426 mm，向下卧底 440 mm，其装载宽度 0.63 m，装载能力为 4 m3/min。掘进运输采用可伸缩带式输送机运矸，用于回填北风井工业广场场地。带式输送机型号 DSJ100/63/275，驱动装置为双驱动系统，皮带宽度 B=1000 mm，运输能力 630 t/h，带速 2 m/s，配套电机功率 275 kW。辅助运输采用轨道运输与人工辅助运输相结合，装载所需物料的车辆经北风井工业广场进场道路运至北风井井口后经无极绳绞车配合人工辅助运输至掘进迎头。北风井井口位置安装一部 SQ-80/75WY 型无极绳绞车，使用 24 mm 钢丝绳，最大运输长度 500 m，最大坡度 13。4 使用效果4.1 巷道变形统计为综合评估 EBZ-318H 型综掘机使用后对巷道的围岩应力影响，每隔 50 m 设置一个观测站，进行巷道顶底板及两帮位移量观测，统计结果如图4。图 4 巷道变形观测结果由图 4 可知，使用综掘机作业对巷道围岩扰动小，成巷约 15 d，巷道变形趋于稳定。巷道顶底板移近量最大 30 mm，两帮移近量最大 15 mm。4.2 社会效益1）巷道掘进速度大幅提升。采用 EBZ-318H 型综掘机后，是原炮掘速度的 2 倍有余，平均日进尺为 5.6 m，月进尺平均在 150 m。2）作业人数有效控制。与炮掘相比，采用综掘机后，每班减少出勤 3 人，每月减少用工 270 人。3）劳动强度显著降低。掘进工艺的机械化大（下转第 154 页）1542023 年第 5 期（上接第 151 页）幅降低了工人的劳动强度，安全系数明显提高。4.3 经济效益炮掘施工时，每米成本约 6 579.1 元，综掘施工时，每米成本约 4 256.8 元，每米成本降低 2 322.3元。巷道总长 380 m，北风井施工共计节省费用约88.247 4 万元。成本构成中，两种施工方式都包含人工费和电费，炮掘的其他成本主要为炸药、雷管等消耗品，综掘主要为截齿和燃油费。5 结语榆树岭煤矿在北风井施工中，通过 EBZ-318H型综掘机的引入，在提高掘进效率、保证安全作业证带式输送机无基础安装系统的安全运行。4 效果分析无基础安装系统应用后增大了带式输送机机架与巷道底面的摩擦力，有效实现了机身稳定。安全保护装置应用后，集传感器、控制器、显示器、报警器等于一体，通过对无基础安装系统各部位液态与固态压力进行实时监测，并可通过显示屏直观实时显示。当压力大于设定范围时，系统及时发出警报，并将信息发送至调度室控制台，同时控制器可自动启动液压泵站，为系统自动补液；当系统压力达到规定值时，控制器发出停机信号，液压泵站停止运行，有效地保护了带式输送机无基础安装系统的安全运行。无基础安装系统安全保护装置应用后，传感器以及控制器的使用成功地代替了传统压力表、人工监测系统压力的作业方式，自动监测、对比压力变化情况；可在压力超限或低于界限时发出警报，同时自动启动液压泵站为系统自动补液，解决了压力表读值需要安排专门的作业人员，人工读数误差偏大导致读数不准确的问题；有效降低劳动强度，提高工作效率，同时设备监测、控制系统的自动化应用程度大幅度提高。5 效益分析无基础安装系统在使用安全保护监测系统前，使用压力表监测压力，每班需要安排作业人员记录压力变化情况，作业人员读数时容易出现误差；油管或密封圈漏油，导致油缸卸压；带式输送机底座与地面的摩擦力减小，机身发生移动，导致设备受损，直接经济损失约82万元；带式输送机发生损坏，无法运输原煤，重新维修安装需要 10 d，需要人工费 13.2 万元；工作面无法开采出煤，损失约 1200万元。因此使用安全保护监测系统前发生事故造成的经济损失为 1 295.2 万元。无基础安装系统安全保护监测系统的运行成本：采购传感器、控制器、显示屏以及信号发送、接收器等装置，投入费用约为 16.8 万元。无基础安装系统在使用安全保护监测系统后，有效地防止了因油缸卸压造成的事放，主要是减少了设备损坏、重新维修安装需要的人工费，以及工作面无法正常开采造成的经济损失，共计节约 1 295.2 万元。每年可以产生经济效益约 1 278.4 万元。【参考文献】1 雍建军，姚荣.基于 SolidWorks 的拱形巷道带式输送机无基础安装装置的研究 J.能源科技，2020，18（12）：23-27.2 国家能源集团宁夏煤业有限责任公司梅花井煤矿.带式输送机无基础安装系统安全保护装置：CN201921112674.5P.2020-05-01.3 神华宁夏煤业集团有限责任公司梅花井煤矿.一种用于固定带式输送机的无基础安装系统：CN201820834526.3P.2019-01-11.4 刘小明，张杰文.煤矿拱形巷道带式输送机无基础安装技术初探 J.神华科技，2018，16（06）：18-20.的同时，减少了巷道围岩扰动影响，降低了工人劳动强度，经济效益和社会效益明显。EBZ-318H 型综掘机适用于该地区大断面、长距离巷道掘进，对区内煤矿及其他矿山、隧道工程，也具备参考意义和推广前景。【参考文献】1 赵宏伟.我国煤矿岩巷快速掘进技术现状及展望J.煤炭科学技术，2012，40（01）：5-7.2 王虹.我国综合机械化掘进技术发展 40aJ.煤炭学报，2010，35（11）：1815-1820.3 张小峰.高效快速掘进后配套系统在大柳塔矿的应用 J.煤炭技术，2016，35（09）：262-263.