高应力大倾角切眼综掘施工工艺优化.pdf

优化改造andMechanicalNo.7,2023DevelopmentManagement2023年第7 期Total243总第2 4 3 期机械管理开发D0I:10.16525/14-1134/th.2023.07.075高应力大倾角切眼综掘施工工艺优化苏泽明（山西省汾西矿业（集团）有限责任公司双柳煤矿，山西柳林033300)摘要：针对综掘机在切眼施工期间受巷道倾角大导致综掘机掘进期间不稳定、运输难度大等问题，对掘进工艺、运输方式等进行优化。现场应用后，山西某矿3 13 0 2 工作面切眼耗时1个月即可完成掘进，期间综掘机及运输设备等始终保持稳定，实现了高应力大倾角切眼的快速安全掘进。关键词：大倾角煤层；综掘机；巷道掘进；掘进工艺中图分类号：TD263.2文献标识码：A文章编号：10 0 3-7 7 3 X(2023)07-0186-020引言埋藏深度较大且倾角超过2 5 的巷道普遍采用炮掘小断面切眼后刷扩巷帮方式，虽然可满足掘进施工需求，但普遍存在施工效率偏低、工作人员劳动强度大以及掘进对围岩扰动大等问题，导致围岩成型效果不佳、支护难度大等问题 1-3 。综掘方式具有机械化程度高、掘进效率高等优点，是实现巷道快速掘进的主要技术途径 4-5 。将综掘方式应用到高应力大倾角巷道施工中可明显提升巷道掘进效率 6 。山西某矿31302工作面切眼采用EBZ230综掘机掘进以期提升掘进效率，文中就综掘机在高应力大倾角切眼中应用存在问题进行分析，并针对掘进工艺进行优化，以期能在一定程度提升高应力大倾角巷道掘进效率，提升煤炭生产效率。131302工作面概况及综掘存在问题1.131302工作面概况31302工作面回采的13 号煤层埋深6 8 0 m，回采的13 号煤层厚度4.1m，倾角2 3 2 8，采面设计推进长度9 8 0 m、切眼斜长为18 2 m。13 号煤有厚度00.5m的泥岩伪顶；直接顶为石灰岩、厚度2.6 3 m；基本顶为砂质泥岩、厚度8.3 2 m。底板为泥岩、砂岩及石灰岩。切眼沿13 号煤底板掘进，矩形断面（净宽7.7m、净高4.0 m），采用先掘进小断面巷道后刷扩巷帮方式，首先掘进宽度4.0 m、刷扩宽度3.7 m。采用锚网索支护工艺，如图1所示。锚杆、锚索间排距分别为1000mm、10 0 0 m m,2 0 0 0 m m、2 5 0 0 m m，中部布置的木点柱按照3 0 0 0 mm3000mm间排距布置。1.2综掘存在问题分析31302工作面切眼采用EBZ-230综掘机掘进，具体使用的掘进机技术参数如表1所示。在采用综掘机过程中主要面临片帮严重、掘进机温度性能差以及运输困难等问题，具体表现为：1)在大倾角巷道中掘进时，掘进迎头位置顶板出现一定程度片帮；10301015风筒液压点柱木点柱1015巷道中心线液压单轨点柱吊中开切眼扩心线或木帮断面44点柱电缆钩10-30人行梯10307.700100-1007.900图1切眼支护断面示意图（单位：mm）表1缘综掘机技术参数截割范围最大截割接地比压压爬坡能力截割电机控底深度装机总功/m面积/m/MPa功率kW/mm率kW5.67250.172182302003314.662)巷道坡底倾角介于2 3 2 8，坡度超过综掘机最大坡度，加之在掘进过程中冷却水及喷雾导致底板有一定积水,导致综掘机在掘进期间出现行走困难；3)倾角大掘进期间容易出现飞研伤人问题；4)物料运输困难，施工人员现场工作时存在劳动强度大以及效率不高等问题。2综掘工艺优化根据3 13 0 2 工作面切眼掘进现场情况，从片帮防护、掘进优化以及引进大倾角运输设备等方面出发，对高应力大倾角切眼掘进工艺进行改进优化 7-8 2.1引进防片帮装置切眼开挖后及时前移临时支护前探梁并固定防滑链；在前探梁前端安装由防片帮装置（钢筋网制作），具体设备结构如图2 所示，通过临时支护提高掘进安全保障能力。在掘进迎头用2 根锚杆压一片钢筋网（网片规格3 m3m）实现掘进区域金属网全断面封闭，避免后续支护期间出现片帮伤人问题。2.2优化掘进工艺2.2.1构建人造平台在综掘机后方装研以便为综掘机前移提供人造收稿日期：2 0 2 2-0 4-2 6作者简介：苏泽明（19 8 7），男，山西岚县人，专科，毕业于阳泉职业技术学院煤炭开采专业，工程师。.187.苏泽明：高应力大倾角切眼综掘施工工艺优化2023年第7 期防片帮钢筋网前探染已打设钢带已打设锚杆防滑链掘进工作面掘进方向图2防片帮装置示意图平台，具体现场情况如图3 所示。根据以往掘进经验，布置的人造平台长度超过13 m，坡度在12 以内即可满足行走需要。在人造平台上，综掘机不会出现下滑问题，同时人造平台便于综掘机移动以及截割巷道下部断面。在综掘机履带上布置牵引油缸、链条（265mm），油缸两端分别连接到锚杆、掘进机上，并通过液压支架推移油缸，避免综掘机停机期间下滑。油缸伸缩受综掘机上液压控制系统控制，控制手柄位于综掘司机操作台位置。当综掘机停止运行时，伸缩油缸以便固定综掘机机身；当出现爬坡困难时则收缩油缸给综掘机提供一定牵引力。顶部超前底板1.5 m掘进工作面导线轮综掘机牵引油缸单轨吊梁人造研石平台物料框27装机运输巷大包角输送带回柱绞车图3大倾角巷道综掘设备布置示意图2.2.2截割路线优化在大倾角巷道内掘进时，由于大倾角巷道底板与综掘机间摩擦力小、加之巷道底板潮湿等导致综掘机按照原有截割路线掘进时机身异常振动情况严重。根据以往掘进经验，提出从由下及上、由左到右方式，在截割头上提时会增大掘进机对底板压力，避免出现打滑问题。2.3引进大倾角带式输送机运输设备针对大倾角巷道运输困难且在运输过程中容易出现倾倒或者洒等问题，引进适用于大倾角运输的带式输送机。该带式输送机输送带类型为大包角、花纹输送带，输送带具备较大的摩擦系数，从而增加运输过程中的摩擦阻力，避免出现运输的煤滚动情况；同时大包角输送带减少了煤研在输送带上摊铺面积，可实现集中运输；在机架上间隔2 4 m布置防飞研装置，避免飞研伤人；在机尾处布置防倒绳，避免在重载情况下带式输送机整体下滑。2.4优化物料及设备运输方式31302工作面设计使用单吊轨运输刮板输送机，并在切眼施工期间在顶板上布置单轨吊梁。根据现场情况，提出采用单轨吊梁+14 t液压绞车+承载车方式进行物料运输。在切眼靠近运输巷位置施工绞车室（规格4.5 m2.2m2.5m）,并采用4 根规格 2 2mm2200mm地锚杆固定绞车。固定液压绞车前应先清理并硬化巷道底板，在掘进机后方3 5 m位置在施工锚杆并安装导向轮（2 0 t），通过绞车牵引即可实现物料运输。3维结论1)对于高地应力大倾角切眼掘进期间，若采用传统的炮掘方式掘进，存在掘进效率低、工作人员劳动强度大以及掘进对顶底板扰动明显等问题，加之断面大导致围岩支护难度明显增大。为此，文中提出采用综掘方式掘进3 13 0 2 工作面切眼。2)对3 13 0 2 工作面切眼综掘期间面临的问题进行分析，并根据以往经验以及现场技术情况，对综掘工艺进行优化，具体措施包括有引进防片帮装置强化迎头支护，避免冒落煤石影响后续掘进；通过构建人工平台降低掘进迎头综掘机布置倾角，为综掘机截割工作高效开展创造良好条件；优化截割路线提高综掘机截割稳定性；引进大倾角运输设备实现煤研运输稳定，避免运输期间出现煤研滚动情况；优化物料及设备运输方式，提高运输效率。3)31302工作面切眼使用综掘方式后，切眼掘进进尺可达到18 0 m/月，切眼耗时1个月即完成掘进工作，期间综掘机、运输系统等始终保持稳定。而以往切眼采用炮掘方式掘进时耗时普遍在3 个月以上。通过在高应力大倾角切眼中使用综掘方式，实现了快速安全掘进，为采面煤炭早日投产赢取了更多的时间。参考文献1田建杰.大倾角综掘快速施工和支护优化研究 .山东煤炭科技,2 0 2 1,3 9(12):5 8-5 9.2秦飞龙.沙坪煤矿岩巷大倾角综掘技术研究及应用 J.煤炭工程,2 0 2 1,5 3(S1):46-49.3郑勇，徐犇，孙进伟.大倾角下山岩巷综掘机改进技术研究 J.内蒙古煤炭经济，2 0 2 0(2 0）：5 1-5 2.4胡建勇.高地应力大倾角巷道综掘施工工艺优化 J.中国石油和化工标准与质量，2 0 2 0，4 0(1）：2 2 1-2 2 2;2 2 4.5 魏允伯，唐沙.浅析大断面大倾角下山综掘施工工艺 J.能源技术与管理,2 0 19,4 4(4):6 2-6 3;7 2.6李立波，刘小明.深部破碎围岩大倾角下山掘进技术实践 J.陕西煤炭,2 0 17,3 6(1):9 4-9 6.7张磊，侯挺，赵轩.EBZ-260H型综掘机在大倾角巷道中的应用 J.水力采煤与管道运输，2 0 15（1）：5 0-5 1；5 4.（下转第19 0 页）Opt(编辑：王婧）上接第18 7 页（编辑：李俊慧）上接第18 5 页（编辑：王慧芳）.190.第3 8 卷机械管理开发律；基于优化设计结果以及实际情况，确定的开孔形状为圆形,开孔位置为16 0 0 mm，开孔数量为6 个。参考文献1龙慧波.矿井大功率提升机驱动系统研究 J.能源与节能，2 0 2 2(2):134-135.2陈剑伟，周茂茜.矿井提升机卷筒的强度和疲劳分析 J.现代工业经济和信息化，2 0 2 1,11(5）：2 4-2 6.3李家春，胡捷，李宏涛.大型矿井提升机卷筒结构拓扑优化研究J.煤炭技术,2 0 17,3 6(3):2 3 1-2 3 4.4王重秋，陈国安，睢文文.矿井提升机卷筒辐板应力检测系统的开发 J.矿山机械，2 0 14,4 2(1)：4 2-4 7.5王长胜.关于矿井提升机卷筒装置结构优化的研究.机械管理开发,2 0 2 0,3 5(7):10 2-10 3.6邓勇，龚宪生，唐涛，等.双绳多层缠绕式提升机卷筒结构对钢丝绳张力差的影响J】.煤炭学报，2 0 2 0，4 5（11）：3 9 5 2-3 9 6 0.Study on the Optimization Design of Spoke Plate Structure of Coal Mine Hoist Reel DeviceLi Zhichao(Shanxi Xinyuan Coal Co.,Ltd.,Jinzhong Shanxi 045400,China)Abstract:The spoke plate structure of 2JK/A-5 coal mine hoist reel device was studied,and the stress analysis model of the spoke platewas constructed by using UG and Ansys software based on the overview of the reel device and the spoke plate structure.It is found thatthere is obvious stress concentration at the edge of the open hole of the spoke plate structure,and it is cyclic cyclic load,which is easy tohave plastic damage and eventually lead to structural damage.The influence law of opening shape,opening position and number ofopenings on the maximum stress value of the spoke plate is studied by the single-factor variable method,and the opening shape is round,the opening position is 1 600 mm and the number of openings is 6.Key words:coal mine hoist;reel device;spoke plate structure;single variate的设计，使坚硬岩性巷道下应用传统掘进机掘进效率低、安全系数较差的问题得到了有效解决。掘进锚固一体化设计，也提高了掘进巷道施工效率，对条件类似下的硬岩巷道掘进施工具有重要借鉴意义。参考文献1王本林.悬臂式掘进机智能掘进问题探讨 J.煤矿机械，2 0 2 2，4 3(5):83-85.2宋娅敏.基于悬臂式掘进机的掘锚护一体机改造 J.山东煤炭科技,2 0 2 1,3 9(6):15 4-15 5;16 4.3翟国栋，杨幸，徐辉东，等.煤矿用硬岩巷道智能化钻装锚掘进机设计 J.煤矿机械,2 0 2 1,4 2(5)：1-3.Design of Intelligent Drilling and Loading Anchor Roadheader for Hard Rock Roadways inCoal MinesYang Lei(Yangquan Coal Industry Group Qiyuan Coal Industry Co.,Ltd.,Shouyang Shanxi 045400,ChinaAbstract:Aiming at the problems of low digging efficiency and slow digging speed when existing roadheading machines are used for hardrock roadway digging,which can easily lead to safety accidents,an intelligent hard rock roadway digging machine containing a full set ofroadway digging processes of drilling,digging,transportation and anchoring was designed and tested and optimized in a mine roadway.Theresults show that the intelligent hard rock roadway boring machine significantly improves the efficiency of hard rock roadway boring,reduces the workload of underground staff and provides a reference for similar roadway boring operations.Key words:hard rock roadway;integrated operation;drilling and anchoring roadheader;intelligent8张书强.普通综掘机大倾角台阶式掘进方式应用研究 J.黑龙江科技信息，2 0 14(4）：10 0.imisationoftheConstructionProceslinationAngleCuttingsSu Zeming(Shuangliu Coal Mine,Shanxi Province Fenxi Mining(Group)Company Limited,Liulin Shanxi 033300,China)Abstract:In view of the problems of instability and difficulty in transportation during the tunneling period due to the large dip angle of thetunnel during the construction of the cut-hole,the tunneling process and transportation method were optimized.After application on site,the cut-hole of 31302 working face was completed in one month,during which the header and transport equipment were always stable,realizing fast and safe excavation of the cut-hole with high stress and large inclination angle.Key words:large inclined coal seam;header;roadway excavation;excavation process