李霞 龐新宇

摘要：隨著礦業(yè)工程的不斷發(fā)展，煤礦機(jī)械化設(shè)備投入量增加，大型設(shè)備使用率大大提高。煤礦工作面回采巷道圍巖強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差，造成底臌現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，制約卡軌、齒軌、單軌吊及無(wú)軌膠輪車等輔助運(yùn)輸方式的應(yīng)用。有必要針對(duì)煤礦地質(zhì)生產(chǎn)條件進(jìn)行底臌治理和快速安裝綜采設(shè)備進(jìn)行研究和研發(fā)。本文通過(guò)對(duì)煤礦回采巷道的應(yīng)力分析、工作面輔助安裝技術(shù)分析，以及底臌治理方式的對(duì)比分析，根據(jù)煤礦地質(zhì)生產(chǎn)條件研發(fā)了的礦用多功能鏟裝車，把鏟、裝、吊、拉等功能的部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了綜合及創(chuàng)新設(shè)計(jì)，對(duì)礦用多功能鏟裝車穩(wěn)定性進(jìn)行了分析并對(duì)主要部件進(jìn)行了強(qiáng)度核算，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的“一機(jī)多用”功能。礦用多功能鏟裝車提高了煤礦高應(yīng)力小工作面底臌治理工效，加快了綜采工作面快速安裝、拆卸中部槽的速率，為進(jìn)一步研制其他功能型設(shè)備提供了研究基礎(chǔ)，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)和現(xiàn)代機(jī)械化礦井建設(shè)有重要意義。

關(guān)鍵詞：底臌；鏟裝車；多功能；應(yīng)用

當(dāng)前煤礦煤層埋深普遍較深，采區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)在量值上屬于中等偏高應(yīng)力區(qū)，回采巷道圍巖強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差，且底臌嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了工作面綜采設(shè)備的運(yùn)輸和安裝。采區(qū)一般可采期如果較短，在一年內(nèi)的話，對(duì)巷道底板進(jìn)行高強(qiáng)度支護(hù)存在投入產(chǎn)出比不合理、施工難度大的問(wèn)題。如何快速高效地對(duì)巷道底臌進(jìn)行治理、縮短綜采設(shè)備安裝周期成為了煤礦采區(qū)工作面亟待解決的問(wèn)題。針對(duì)這一情況，本文根據(jù)煤礦地質(zhì)生產(chǎn)條件，進(jìn)行礦用多功能鏟裝車技術(shù)研發(fā)，用以解決回采巷道的底板治理成本高、周期長(zhǎng)以及綜采設(shè)備運(yùn)輸困難的問(wèn)題，進(jìn)而提高煤礦機(jī)械化水平，降低煤礦生產(chǎn)成本。

1 高應(yīng)力巷道治理研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，我國(guó)許多學(xué)者對(duì)高應(yīng)力巷道的圍巖控制理論與技術(shù)展開(kāi)了研討，逐漸形成了相應(yīng)的理論體系，概括起來(lái)，即綜合整治、強(qiáng)化支護(hù)、數(shù)據(jù)采集、因地制宜。

綜合整治：針對(duì)具體地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行分析，結(jié)合巖性、水質(zhì)、圍巖控制情況等多方面因素進(jìn)行綜合管理，系統(tǒng)性整治，最終達(dá)到控制圍巖變形的目的。

強(qiáng)化支護(hù)：內(nèi)外結(jié)合，提高巖石強(qiáng)度。軟巖巷道變形通常很大，且是動(dòng)態(tài)的過(guò)程，應(yīng)靈活采用錨噴與注漿技術(shù)相結(jié)合的支護(hù)方式，提高圍巖的自承能力，進(jìn)行柔剛結(jié)合的支護(hù)。

數(shù)據(jù)采集：長(zhǎng)期進(jìn)行巷道位移測(cè)量并收集匯總巖層數(shù)據(jù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)以及應(yīng)力分析軟件進(jìn)行科學(xué)分析，有效指導(dǎo)支護(hù)設(shè)計(jì)。

因地制宜：對(duì)不同地質(zhì)條件的軟巖，靈活選用不同支護(hù)技術(shù)。

綜上所述，軟巖巷道底臌控制方法很多，并在實(shí)際工程中取得良好的支護(hù)效果。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于地質(zhì)條件復(fù)雜等多種因素，導(dǎo)致支護(hù)技術(shù)具有一定局限性。論文在巷道圍巖物理力學(xué)參數(shù)測(cè)定基礎(chǔ)上，結(jié)合X射線衍生儀礦物成份分析結(jié)果，對(duì)回風(fēng)大巷膨脹型底板收縮變形原因進(jìn)行研究，對(duì)支護(hù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)巷道圍巖處于三向應(yīng)力平衡狀態(tài)，達(dá)到巷道穩(wěn)定。

2 回采巷道應(yīng)力情況分析

采區(qū)軌道巷、皮帶巷相繼施工后，由于巷道圍巖強(qiáng)度的弱化，導(dǎo)致大巷變形100～300 mm，局部出現(xiàn)開(kāi)裂、脫落，尤其在火藥庫(kù)、大巷水倉(cāng)附近交叉口大斷面巷道南北方向巷道地面逐漸隆起，底臌量不斷增加，后持續(xù)出現(xiàn)兩幫變形位移，噴漿體裂縫逐步增大至三到五厘米寬的開(kāi)口，混凝土表面出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，特別是火藥庫(kù)南北兩側(cè)變形加大。其變形破壞特征表現(xiàn)為：噴漿體混凝土層受地質(zhì)應(yīng)力作用后，噴漿體逐漸產(chǎn)生裂縫、開(kāi)裂、破碎、掉落；墻體內(nèi)移，巷道空間壓縮減小，導(dǎo)致附近等候室和變電所被擠壞；巷道底臌嚴(yán)重，造成巷道高度不夠，無(wú)法滿足正常通風(fēng)、運(yùn)輸、行人需要。

3 回采巷道快速起底及輔助安裝技術(shù)研究

3.1 回采巷道底臌治理方案選擇

工作面可采儲(chǔ)量少于一年時(shí)，根據(jù)該工作面地質(zhì)生產(chǎn)條件選擇回采巷道底臌治理方案，常用的底臌治理方案主要有底板錨注：

①預(yù)注漿：地板破碎較嚴(yán)重時(shí)，通過(guò)注漿將底板固化，為施工錨桿、錨索提供良好的額條件。

② 加固：施工錨索后進(jìn)行灌漿處理，并保證錨索拉力符合要求。

③底板硬化工藝流程：交接班——整平底板、清理矸石——配料、攪拌——鋪底、澆筑——震動(dòng)棒震動(dòng)——抹面。

④底板起底：在巷道加固之前將底板起至低于巷道標(biāo)準(zhǔn)高度 200mm，進(jìn)行注漿，打錨桿錨索支護(hù)，等加固結(jié)束之后進(jìn)行回填澆注止標(biāo)準(zhǔn)高度。

在工作面回采巷道底臌治理時(shí)，如果采用底錨支護(hù)，則存在施工難度大、施工工期長(zhǎng)的問(wèn)題，造成工作面接續(xù)緊張，降低了礦井產(chǎn)能；如果采用底板硬化，則存在成本高，投入產(chǎn)出比不合理的問(wèn)題，降低了礦井經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)研究現(xiàn)有底臌防治措施，在沒(méi)有更好、更直接辦法控制該類巷道底臌時(shí)，起底作業(yè)不可避免?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，采用巷道起底翻修能滿足生產(chǎn)需要。礦井根據(jù)生產(chǎn)地質(zhì)條件，采用傳統(tǒng)的人工底板起底的方式進(jìn)行底臌處理，如圖3.1所示，但是傳統(tǒng)的人工底板起底方式在解決了底錨支護(hù)和底板硬化所引起的施工難度大、投入產(chǎn)出比較高的問(wèn)題的同時(shí)，也存在占用大量設(shè)備和勞動(dòng)力、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低的問(wèn)題，降低了礦井的機(jī)械化水平。本文在原來(lái)人工底板起底的基礎(chǔ)上進(jìn)行礦用多功能快速鏟裝車技術(shù)研發(fā)，以技術(shù)手段解決人工起底與提高煤礦機(jī)械化水平相矛盾的問(wèn)題。

3.2 礦用多功能鏟裝車研發(fā)

研發(fā)的礦用多功能鏟裝車機(jī)架前端的鏟板，可以推鏟地上的煤渣，修平底板，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化起底、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)鏟裝車能夠?qū)α锊奂捌渌〔考M(jìn)行快速吊運(yùn)，吊運(yùn)過(guò)程可實(shí)現(xiàn)自鎖，防止小部件移動(dòng)和擺動(dòng)，放在安裝的位置并能調(diào)整方向，機(jī)架下的拉底鏈機(jī)構(gòu)，可以拉動(dòng)刮板運(yùn)輸機(jī)的底鏈，對(duì)溜槽進(jìn)行快速拆卸裝車，使安裝和拆卸溜槽時(shí)省時(shí)、省力。

礦用多功能鏟裝車外形見(jiàn)圖3.2，該機(jī)主要由機(jī)架部件、鏟板部件、旋轉(zhuǎn)部件、吊臂、旋吊機(jī)構(gòu)、行走部、后支撐部件、前支撐部件、撐頂油缸、電纜掛架、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等部分組成。

3.3 礦用多功能鏟裝車使用流程及工藝

①鏟裝車割底后，底板要保證平整，兩幫要刷齊，割底后巷道高度不小于3.5米。

②每次鏟裝車割底長(zhǎng)度達(dá)到2米時(shí)，要及時(shí)查看原支護(hù)質(zhì)量，如果發(fā)現(xiàn)有鋼帶斷裂，錨桿、錨索失效以及有滾幫等危險(xiǎn)時(shí)，閉鎖開(kāi)關(guān)進(jìn)行處理（若采取頂板補(bǔ)打加強(qiáng)錨索，幫部放下鼓幫煤重新掛網(wǎng)補(bǔ)打錨桿等措施），由安檢員與跟班隊(duì)干確定施工地點(diǎn)無(wú)安全隱患后，方可繼續(xù)作業(yè)。

③支棚段割底期間，鏟裝車司機(jī)要掌握好截鏟板與棚腿之間的間距，不得在割底過(guò)程中使鏟板掃到棚腿（棚腿底端要預(yù)留200mm的保護(hù)臺(tái)階），且割底時(shí)需以2米進(jìn)度為一個(gè)循環(huán)，對(duì)棚梁、棚腿進(jìn)行加固（在距棚腿下端0.2米和1.8米的位置上分別用2米槽鋼與錨桿配套壓住棚腿；距棚梁兩端頭1米的位置上分別用2米槽鋼與錨索配套壓住棚梁）。

④鏟裝車前方的支棚段棚梁變形、棚腿踢出嚴(yán)重及其他地段的頂板有冒頂危險(xiǎn)時(shí)，需先進(jìn)行挑頂或補(bǔ)打錨索加強(qiáng)支護(hù)后，方可繼續(xù)進(jìn)行割底作業(yè)。鏟裝車割底后的頂板若出現(xiàn)頂板破碎、下沉嚴(yán)重，挑頂作業(yè)進(jìn)度無(wú)法及時(shí)控制頂板時(shí)，需提前根據(jù)頂板情況補(bǔ)打錨索或支護(hù)木柱加強(qiáng)支護(hù)，也有效控制頂板，防止冒頂事故發(fā)生。

⑤在施工作業(yè)過(guò)程中，若出現(xiàn)橋式皮帶落道等情況需進(jìn)行起吊作業(yè)時(shí)，要用5T倒鏈起重鏈將作業(yè)地點(diǎn)的橋式皮帶等重物捆綁承掛于專用的起吊錨索上，方可進(jìn)行作業(yè)。

⑥在掘機(jī)前后40米范圍內(nèi)對(duì)頂、幫維護(hù)及清理雜物時(shí)，掘進(jìn)機(jī)截割頭要落地，并閉鎖開(kāi)關(guān)；其他作業(yè)地點(diǎn)需要同時(shí)作業(yè)時(shí)，必須保證距掘進(jìn)機(jī)作業(yè)地點(diǎn)的安全距離大于40米。

3.4 新舊工藝工效對(duì)比

人工使用風(fēng)鎬進(jìn)行起底作業(yè)，單班銷耗人員較多、工效較慢，尤其是在巷道急需投入使用時(shí)，不能盡快有效的進(jìn)行起底作業(yè)，將會(huì)制約工作面的正常生產(chǎn)。采用多功能鏟裝車施工作業(yè)，從巷道起底到綜采設(shè)備的輔助安裝等工作可以全部實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化施工和安裝，大大提高了單位時(shí)間工作效率，節(jié)省了人工和時(shí)間。

礦用多功能鏟裝車能夠快速的推進(jìn)整巷施工進(jìn)度，比人工進(jìn)行巷修作業(yè)更加高效、安全，且巷道成型、安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化程度高，可以有效緩解采掘銜接緊張?jiān)斐傻纳a(chǎn)接替困難。礦用多功能鏟裝車形成了多功能、新一代的中部槽搬運(yùn)設(shè)備，設(shè)計(jì)新穎、針對(duì)性強(qiáng)、有自己的獨(dú)創(chuàng)性，具有安全可靠、牽引力大、鏟裝靈活、行走便捷、操控簡(jiǎn)潔等特點(diǎn)，在解決煤礦井下綜采配套短板設(shè)備方面沒(méi)出了可貴的一步。

4 結(jié)語(yǔ)

礦用多功能鏟裝車實(shí)現(xiàn)了高應(yīng)力工作面底臌治理、中部槽拆裝運(yùn)“一機(jī)多用、一機(jī)多動(dòng)”的功能，同時(shí)該設(shè)備外形尺寸不大，可自行走、爬坡能力強(qiáng)、可連續(xù)運(yùn)輸，操作簡(jiǎn)單、作靈活、容易適應(yīng)不同的環(huán)境、地點(diǎn)、避免了安裝和拆卸過(guò)程中的安全隱患，礦用多功能鏟裝車針對(duì)性強(qiáng)，成功解決了高應(yīng)力底臌工作面綜采設(shè)備安裝的難題，在提高煤礦井下機(jī)械化程度方面邁出了可貴的一步。從試用樣機(jī)的情況看，已經(jīng)可以節(jié)省勞動(dòng)力四分之三，提高工作效率一倍以上。待操作工對(duì)設(shè)備使用熟練后，工效還會(huì)成倍提高。在底臌治理和綜采工作面快速安裝、拆卸中部槽方面值得推廣應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介：李霞（1986），女，山西大同人，2010年畢業(yè)于山西大同大學(xué)，現(xiàn)于太原理工大學(xué)就讀在職研究生，工程師，就職于山西大同煤礦集團(tuán)生活污水處理分公司。