复杂地质条件下半煤岩巷炮掘快速掘进施工技术研究与应用.pdf

CHINA COAL VISION煤炭新视界煤 矿 采 掘0引言近年来，随着科技的不断进步，复杂地质条件下半煤岩巷炮掘掘进工艺得到充分发展。但是在部分矿区还在沿用自己传统的炮掘掘进工艺，怕投入、怕失败，导致这些矿区改革更新的动力不足，也因此各矿区掘进技术参差不齐。在发展中，就需要我国煤矿不断地展现自我、发展自我、总结自我，需要加大对炮掘工作面技术及装备的研究，通过积极学习先进技术，借鉴先进经验，为我国煤矿快速掘进提供一个良好的发展环境。1半煤岩巷快速掘进施工工艺章村矿地质条件比较复杂，褶曲、断层比较多，2#煤和 2下煤联合布置巷道拐弯比较多，煤层比较薄。结合自身地质条件，该矿逐步发展出一套成熟的掘进施工工艺，在爆破、运输、人员配备、集中控制、设备投入、设备改造等方面全面进行了改进，日进尺保持在9.6m，月进尺最高达到 260m。1.1 爆破工艺的改进爆破条件：巷宽 4.0m，巷中高度 2.5m，煤层厚度约为 1.5m，岩石平均厚度 1.0m，巷道倾角 15，煤的硬度系数为 1.7，岩石的硬度系数为 4。在长期实践过程中，将常规水平布置的掏槽眼优化为沿煤层倾角布置掏槽眼，眼装药量为 400g，在岩石较厚的一侧增加布置 23 个辅槽眼，眼装药量为 400g，底眼、底角眼正常布置，眼装药量为 400g，周边眼正常布置，眼装药量为 200g，采 用 串 联 联 线，一 次 装 药，一 次 起 爆，使 用一、三、五段雷管微差爆破。调整后爆破效果明显，上排掏槽眼距顶板和两帮周边眼间距均匀，爆后巷道成型较好，下部根据岩石的厚度增加了辅槽眼，爆破后下部岩石充分爆起，岩石破碎率高，大大降低了大块岩块的产生，避免因欠挖、底板爆起不充分而造成的二次打眼爆破1。1.2 轨道运输系统的优化巷道起伏不一致，拐弯比较多。根据工作面布置情况，大胆尝试无极绳绞车在 60以上拐弯巷道中的应用。通过调整拐弯点巷道的坡度，在拐弯段巷道安装护轨、增加压绳轮和边绳轮的数量，无极绳绞车在大角度拐弯巷道中成功应用，节省多部绞车的布置，完美解决运料方面的瓶颈。此外，在巷道内安装轨道运输视频监控系统。在无极绳绞车拖车前、后安装无线视频监控摄像头，在巷道内关键部位安装固定式监控摄像头，实现无极绳绞车司机全程监控，司机能够第一时间观察特殊地点运输线路及巷道情况。通过无线视频，能够第一时间查看拖车前、后运输线路及巷道情况，特殊情况下能够第一时间进行停车，大大提高了运输安全系数2。1.3 带式输送机运输系统的优化2#煤和 2下煤联合布置的采区在工作面中往往会遇到小角度双拐弯的情况，对带式输送机运输造成一定困难。以往的做法是增加布置带式输送机、刮板输送机进行煤矸接续运输。在 2下2608 工作面首次尝试复杂地质条件下半煤岩巷炮掘快速掘进施工技术研究与应用刘晓强（冀中能源股份有限公司章村矿，河北 邢台 054100）摘 要：为了解决部分矿区掘进技术落后的问题，通过对炮掘工作面技术及装备的研究，为我国煤矿快速掘进提供一个良好的发展环境。具体研究内容包括爆破工艺的改进、轨道运输系统的优化、带式输送机运输系统的优化、集中控制系统的应用、设备的投入更新、带式输送机机尾的改造与应用、液压锚杆机与侧卸式装岩机的配套使用以及联扣机在支护上的应用。通过对章村矿实际应用案例的分析，研究结果表明，通过以上改进和优化措施，取得显著的效果，提高工作面的掘进速度和效率，降低事故风险。关键词：快速掘进；减人提效；参数优化；技术更新；降低成本中图分类号：TD823文献标识码：A103煤炭新视界CHINA COAL VISION煤 矿 采 掘了双 10拐弯且 15下山变平巷复杂条件下带式输送机的应用。通过对拐弯点巷道进行微调、自制并安装拐弯点特殊形状抗偏滚，成功控制了带式输送机的跑偏。巷道掘进一段距离后在变坡点加装了假机头并安装了电机，成功解决带式输送机上漂的难题。假机头 电 机 的 安 装 为 带 式 输 送 机 增 加 了 动 力，使 长 度880m 且上下多次起伏、拐弯、大坡度巷道成功使用一部带式输送机（DSJ80 固定带式输送机）进行煤矸运输，节省一部带式输送机和一部刮板输送机。1.4 集中控制系统的应用在掘进巷道中，避免不了多部设备接续运输的环境。以往都是每部设备配备一名岗位工，人员需求量非常大。在长期实践中，在掘进巷道中配备了集中控制系统，虽然一次性投入比较大，但是长期收益非常可观，集中控制系统也可循环使用，一次投资长期受益。在 2下2610 运煤巷掘进过程中，集中控制系统控制了 3 部带式输送机和 1 台给煤机，每班需用岗位工由 4 人降低至 1 人，从成本上计算，在掘进和回采期间即收回了集中控制系统投资成本，后续无形效益持续增加3。1.5 设备的投入更新炮掘工作面落煤后，需要将煤、矸外运。以往都是采用人工装煤（岩）或者采用耙斗装岩机装煤（岩），装煤（岩）速度慢，危险系数高，需用人员多。随着不断的发展，逐步淘汰了耙斗装岩机，侧卸式装岩机（见图 1）和挖掘机加入了生产运营。在不同断面、不同坡度下分别使用侧卸式装岩机和挖掘机解决装煤（岩）速度慢的难题，装煤（岩）时间成倍减少，只需一人半小时就可以将一个循环的落煤（岩）清理干净，达到一次成巷的标准；安全上避免了耙装机断绳伤人的风险，避免掘进施工导绳轮拉杆时顶帮掉块伤人的风险，也避免掘进人工装煤（岩）顶帮掉块伤人的风险，还避免人员拥挤应急受阻的风险。图 1 侧卸式装岩机（铲车）1.6 带式输送机机尾的改造与应用（自移式带式输送机机尾的应用）以往炮掘工作面都是刮板输送机跟头运输，安装刮板输送机速度比较慢，班内延长刮板输送机时间比较长，还存在掘进面和两帮掉块伤人的风险。通过长期的思考、论证，决定对带式输送机机尾进行改造，将普通式的带式输送机机尾全副武装，加装护煤板和自移箱，在自移箱内加装自移油缸，自移式带式输送机机尾（见图 2）由此诞生，成功解决了铲车向带式输送机上直接出货的难题，解决了无法延长带式输送机输送带的难题。经过长期使用自移式带式输送机机尾得出结论：班内延长刮板输送机的时间约为 11.5h，刮板输送机长度过长拆刮板输送机、安装刮板输送机、延长带式输送机输送带的时间约为 2 个班，后续打落溜槽、链子整理巷道间接用时一个班。然而，在使用自移式带式输送机机尾后，延长运输设备的时间缩短为 1020min，减少安装刮板输送机的环节，大大增加了有效作业时间4。图 2 自移式带式输送机机尾1.7 液压锚杆机与侧卸式装岩机的配套使用现阶段普遍采用的是风动锚杆机。在无法使用液压钻车的情况下，怎样才能提高打眼效率并减少打眼时间成了掘进工作永恒的课题。为了减少支护过程中打眼的时间，配合相关厂家研制出了和铲车液压系统相配套的液压锚杆机。通过在 26 采区辅助运料巷、26 采区辅助运料联络巷中使用液压锚杆机得出结论：液压锚杆机使用中基本无噪声，人员在安静的环境中工作互相沟通比较顺畅，紧急情况下应急反应比较快；扭矩比较大，打眼快，打眼时间减少了 1/3；上撑力比较足，锚杆顺利注入孔内，扭矩比较大，锚固剂充分搅拌，解决了锚杆未入孔底即凝固的问题，也解决了锚杆外露长的问题5。1.8 联扣机在支护上的应用网片联接是一件烦琐的施工工艺，联网质量差后期会导致网片联接处崩网，崩网后导致帮鼓加剧、冒落的现象发生。以前顶、帮支护完毕后每隔 300mm 使用 12#铅丝进行联网，铅丝较硬施工比较烦琐，时常两104CHINA COAL VISION煤炭新视界煤 矿 采 掘人上下帮同时进行作业，耗费时间比较长。联扣机的使用改变了传统的联网工艺，并得到工作人员的认可。联扣机和订书机原理相仿，操作简便，掘进后单人操作不足 5 分钟就成功将所有网片进行连接，大幅度缩短联网时间6。1.9 自吸泵的改造与使用下山掘进起伏巷道低洼点必须安装水泵进行排水。水量小的情况下经常需要派专人巡回进行排水作业，造成工时的浪费。自制改造的浮漂式自吸排水系统解决了此类问题，只需安装逆止阀和自开装置控制水泵，就可以自动完成排水工作。当水涨至浮漂高位时，触发传感系统控制水泵开启，将水排至一定水位后水泵自动停止运转。逆止阀完美控制了水的逆流，节省了开泵工的配置7。1.10 爆破自动高压喷雾装置的应用巷道是一个狭小的空间，爆破后会产生大量的高温高压气体及烟尘。为了降低炮掘工作面爆破后的粉尘量，减少一氧化碳的产生量，降低高温高压气体温度，在掘进 1015m 位置必须设置喷雾装置进行降尘。传统的方法是在爆破前将喷雾阀门打开进行降尘，而喷头又不敢直冲掘进喷洒，水量又不敢太大，爆破网路可能受水影响而造成短路拒爆。在长期的生产实践中，研制出爆破自动高压喷雾装置，在爆破地点掘进后 1520m 范围内安设爆破自动高压喷雾装置，爆破时利用爆炸冲击波将自动爆破高压喷雾装置开关冲击打开，爆破后自动进行全水压面朝掘进方向高压喷水降尘。通过该装置的应用，避免爆破网路因受水影响造成短路事情的发生，爆破安全系数大大提高；高压水全断面直冲掘进面进行洒水，有效降低了爆破而产生的粉尘量；水和高温高压的一氧化碳气体化学反应产生二氧化碳，从而有效控制一氧化碳的产生量；高温气体快速有效地进行降温，杜绝煤尘爆炸事故的发生8。1.11 掘进过程中的人员配备在国家区域限员的大形势下，倒逼着企业减少单班从业人员的数量。随着时代的发展，可招收从事煤矿的职工越来越少。在区域限员 12 人的情况下，作业时多工序平行交叉作业，单一工种和混合工种并存，分工协作。班长主持大局，并根据现场实际情况协调好每一步的生产组织，打眼、装药、出煤、延长带式输送机期间，其余人员进行运料、收拾巷道。支护前所有人员运料至掘进面后方，支护期间 3 人配备 2 台顶锚杆机，3 人配备 2 台帮锚杆机，一人负责后勤保障工作，810 人即满足掘进要求9。2结语通过长期的实践证明，爆破工艺的改进节省了大量因二次爆破所浪费的时间，减少破除大块岩块所耽误的时间；运煤系统和运料系统的改进简化了运输的环节，并节省大量人员的配备；集中控制系统的应用再次节省了人员的配备；自吸泵的使用又一次减少人员的配备；铲车、挖掘机的使用降低了正规循环出货环节的时间和人员的配备；自移式带式输送机机尾的应用再次降低正规循环的时间，并增加了有效掘进天数；液压锚杆机的应用降低正规循环打眼环节的时间；联扣机的使用降低收尾工作的时间。近十年，在半煤岩巷炮掘工作面掘进过程中，逐步将三八作业制改为四六作业制。以前 8 个小时的有效作业时间进尺为 3.2m（4 排），月进尺 150m 左右，单班作业人员约为18 人，单队在册人员约 70 人；现在改为四六作业制，6个小时的有效作业时间进尺为 3.2m（特殊情况下达到 4.0m），月 进 尺 达 到 了 240m 左 右，最 高 进 尺 达 到260m，单班作业人员降低至 10 人以下，单队在册人员约为 50 人。随着时间和实践的证明，只有不断地发展自我、总结自我、展现自我，只有合理地投入、大胆地创新，只有大胆积极学习先进技术，借鉴先进经验，才能使我国煤矿快速掘进更上一个台阶。参考文献：1葛伟.煤矿掘进技术及安全管理标准路径之研究J.中国石油和化工标准与质量，2019（23）：7-8.2马 玉 普.煤 矿 掘 进 作 业 方 式 分 析 J.科 技 资 讯，2010（23）：127.3宋 宏 伟.论 煤 矿 掘 进 新 技 术 新 工 艺 的 应 用 现 状J.科技创新与应用，2014（13）：103.4王新，李玉玺，芮作杨.煤矿安全管理中的常见问题及其防控措施J.内蒙古煤炭经济，2013（12）：155+159.5李荣先.深部复杂地质条件下半煤岩巷快速掘进技术探析J.中国设备工程，2020（6）：218-220.6寄必鹏.复杂地质条件下薄煤层半煤岩巷快速掘进 技 术 研 究 J.内 蒙 古 煤 炭 经 济，2019（9）：120-121.7曹凤前.半煤岩巷道快速掘进技术分析J.能源与节能，2021（5）：28-29.8马小辉，王冰，吕大钊，等.复杂地质条件下掘锚一 体 快 速 掘 进 技 术 J.煤 矿 机 械，2022（1）：148-150.9岳龙.复杂地质条件巷道快速掘进技术研究J.能源与节能，2023（3）：125-127+176.作者简介：刘晓强（1984-），男，汉族，河北邢台人，本科，采煤助理工程师、初级爆破工程师，从事煤矿掘进技术、煤矿爆破技术研究工作。责任编辑：张梦105