王江龍

(陜西黃陵二號(hào)煤礦有限公司，陜西 延安 727307)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，礦井采煤工藝也發(fā)展迅猛，機(jī)械化采煤工藝已經(jīng)得到了普及?，F(xiàn)代化采煤工藝的發(fā)展方向是通過(guò)采煤技術(shù)與現(xiàn)代高新技術(shù)相結(jié)合，研究開(kāi)發(fā)高產(chǎn)、高效、高安全性和高可靠性的采煤工藝[1-4]。而掘進(jìn)巷道高度不夠以及伴隨著綜采工作面推采出現(xiàn)的巷道底鼓等問(wèn)題的處理方式一直比較落后，多數(shù)采用人工處理的方式，工作效率低，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，難以滿足綜采工作面高產(chǎn)高效的采煤需求，制約礦井采煤技術(shù)的發(fā)展[5-8]。為此，以某礦209綜采工作面為例，引進(jìn)一套能夠快速解決掘進(jìn)巷道高度不夠和回采巷道底鼓等問(wèn)題的機(jī)械化設(shè)備，以期實(shí)現(xiàn)“機(jī)械化換人”的安全生產(chǎn)理念，促進(jìn)礦井安全生產(chǎn)水平的全面提升。

1 工作面基本情況

1.1 工作面設(shè)計(jì)

209工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度4 382 m，傾向長(zhǎng)度300.5 m，工作面采用“一面三巷”的布置形式，三巷分別為膠帶巷、回風(fēng)巷和輔運(yùn)巷，膠帶巷主要作為膠帶輸送機(jī)安裝通道，回風(fēng)巷主要作為工作面回風(fēng)通道，輔運(yùn)巷主要作為無(wú)軌膠輪車(chē)運(yùn)輸通道。

1.2 工作面地質(zhì)條件

煤層平均厚度3.2 m，煤質(zhì)為低-中等軟化度的富油煤，易片幫。工作面直接頂為厚度13.8～25 m的粉砂巖，直接底為灰黑色細(xì)粒砂巖、粉砂巖，巖石成分以石英、長(zhǎng)石為主，薄層狀，含植物化石碎片和云母片，水平層理或不顯層理，厚度約1～7.3 m，巖石普氏硬度f(wàn)為4～6。工作面埋深395～699 m，且工作面西南緊鄰207采空區(qū)。因此工作面及回采巷道易出現(xiàn)底鼓、開(kāi)裂現(xiàn)象，對(duì)工作面回采有較大的影響。

2 回采巷道需解決的問(wèn)題

2.1 回采巷道掘進(jìn)高度不夠

回采巷道掘進(jìn)期間，輔運(yùn)巷設(shè)計(jì)高度為3.8 m，膠帶巷設(shè)計(jì)高度為3.6 m，而煤層厚度為2.9～3.9 m。如果要保證設(shè)計(jì)尺寸，大部分區(qū)域需要破碎巖石，但是由于頂?shù)装寰鶠榉凵皫r，硬度較高。為了保證掘進(jìn)效率、煤質(zhì)以及掘進(jìn)設(shè)備的安全使用，在巷道掘進(jìn)期間大多采用沿煤層掘進(jìn)的方式進(jìn)行巷道掘進(jìn)，導(dǎo)致巷道部分區(qū)域高度不能滿足設(shè)計(jì)需求，需要進(jìn)行起底保證巷道設(shè)計(jì)高度[9-11]。

2.2 回采巷道推采期間底鼓嚴(yán)重

由于工作面煤層埋深395～699 m，屬于深埋煤層，巷道直接底為粉砂巖，具有吸水膨脹的特點(diǎn)，回采期間受采動(dòng)壓力影響，煤柱中產(chǎn)生的高應(yīng)力將傳遞至巷道底板，容易造成底板的破壞，同時(shí)由于回采期間裂隙水、鉆孔水以及設(shè)備用水等水源對(duì)巷道底板的浸泡，導(dǎo)致回采巷道在工作面回采期間出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象，巷道底板起伏不平，膠帶巷地鼓量相對(duì)較小，不影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和工作面的正常推采，而工作面采空區(qū)對(duì)應(yīng)段輔運(yùn)巷受采空區(qū)壓力影響底鼓較為嚴(yán)重，回風(fēng)巷受上一個(gè)工作面采空區(qū)壓力影響底鼓也較為嚴(yán)重，影響巷道的正常使用，需要起底進(jìn)行處理。

2.3 人工起底平整度差、工作效率低

巷道直接底均為堅(jiān)硬巖石，以往起底采用放震動(dòng)炮對(duì)底板巖石進(jìn)行破碎，人工配合進(jìn)行清渣和平整，通過(guò)該方式進(jìn)行起底工作難以控制巷道的起底厚度，導(dǎo)致巷道底板起伏不平，平整度很差，加上運(yùn)輸巖石期間無(wú)軌膠輪車(chē)對(duì)巷道底板碾壓產(chǎn)生的車(chē)轍，造成巷道底板起伏不平的問(wèn)題更加嚴(yán)重，直接影響綜采工作面設(shè)備的安裝質(zhì)量和無(wú)軌膠輪車(chē)的安全運(yùn)輸；且人工配合進(jìn)行清渣和平整巷道工作效率低、人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，難以滿足正常生產(chǎn)需要，制約生產(chǎn)任務(wù)的順利完成。

3 特種工程機(jī)械使用情況

3.1 特種工程機(jī)械介紹

為解決回采巷道存在的底鼓、路面平整度差等問(wèn)題，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)考察，引入了液壓挖掘機(jī)、防爆裝載機(jī)及防爆壓路機(jī)3種特種工程機(jī)械[12-15]。

3.1.1 液壓挖掘機(jī)

主要結(jié)構(gòu)和用途：液壓挖掘機(jī)使用MWY6/0.3型煤礦用液壓挖掘機(jī)，主要由工作裝置總成、推土鏟、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、液壓系統(tǒng)、底盤(pán)總成、機(jī)罩、頂棚、電氣系統(tǒng)等組成，外接660 V/1 140 V交流電源，采用電動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，通過(guò)液壓先導(dǎo)系統(tǒng)和主供液系統(tǒng)可以控制挖掘機(jī)的全部動(dòng)作。液壓挖掘機(jī)工作裝置前端安裝鏟斗時(shí)可以進(jìn)行裝巖、清底以及煤層的挖掘作業(yè)；隨機(jī)配備T50型破碎錘一臺(tái)，需要破碎巖石時(shí)，可以將鏟斗更換為破碎錘，接通破碎錘進(jìn)回油管路，就可以進(jìn)行破碎作業(yè)。

性能特點(diǎn)：①操作者處于頂棚保護(hù)下作業(yè)，有利于安全生產(chǎn)；②采用電動(dòng)液壓系統(tǒng)，具有噪聲低、無(wú)尾氣污染的特點(diǎn)，同時(shí)電氣系統(tǒng)用防爆元件，更適用于煤礦井下使用；③該機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、外形尺寸小，工作裝置可回收到底盤(pán)輪廓內(nèi)，便于運(yùn)輸，適用于井下狹小空間作業(yè)；④主要?jiǎng)幼鞑捎孟葘?dǎo)閥控制，操作輕松簡(jiǎn)便，工作平穩(wěn)無(wú)沖擊。

主要技術(shù)參數(shù)：MWY6/0.3型煤礦用液壓挖掘機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 MWY6/0.3型煤礦用液壓挖掘機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3.1.2 防爆裝載機(jī)

主要結(jié)構(gòu)和用途：防爆裝載機(jī)使用型號(hào)是ZL30EFB型輪胎式防爆裝載機(jī)，主要由動(dòng)力系統(tǒng)、車(chē)架及傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成，采用氣動(dòng)啟動(dòng)的方式，配備FC6108DFB(A)型防爆柴油機(jī)提供動(dòng)力，通過(guò)液力變矩器、變速箱、前后橋主傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞到輪胎實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的移動(dòng)，由液壓齒輪泵、液壓油箱及操縱手柄組成液壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)舉升臂、鏟斗等工作裝置的動(dòng)作，主要用于巷道坡度不大于14°的煤礦井下的裝載、清煤、清渣和排矸、機(jī)械設(shè)備輔助運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)。

性能特點(diǎn)：①該機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、轉(zhuǎn)彎半徑小，便于井下狹小空間使用;②采用液力機(jī)械傳動(dòng)和動(dòng)力換檔、具有較大的牽引力和掘起力，爬坡能力強(qiáng)；③采用免維護(hù)封閉多盤(pán)濕式制動(dòng)器，制動(dòng)性能好；④安裝有廢氣處理系統(tǒng)，可以清除柴油機(jī)廢氣中的炭煙和廢氣中的部分有害氣體，污染較小。

主要技術(shù)參數(shù)：ZL30EFB型輪胎式防爆裝載機(jī)主要技術(shù)參數(shù)，見(jiàn)表2。

表2 ZL30EFB型輪胎式防爆裝載機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3.1.3 防爆壓路機(jī)

主要結(jié)構(gòu)和用途：防爆壓路機(jī)使用的是經(jīng)過(guò)防爆系統(tǒng)改造的LSS208型振動(dòng)壓路機(jī)，主要由動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓振動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成，采用電動(dòng)啟動(dòng)的方式，由柴油機(jī)提供動(dòng)力，通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)將動(dòng)力傳遞到輪胎實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)的移動(dòng)，壓路機(jī)的轉(zhuǎn)向和振動(dòng)輪的振動(dòng)由液壓系統(tǒng)控制，在作業(yè)中靠自身重量和激振力壓實(shí)路面，主要用于路面的壓實(shí)和維護(hù)工作。

性能特點(diǎn)：①前鋼輪采用電控液壓雙振幅振動(dòng)，選裝凸塊振動(dòng)輪，壓實(shí)效果較好；②采用后橋式輪胎驅(qū)動(dòng)，抓地爬坡能力強(qiáng)；③主離合器采用液力變矩器，能有效保護(hù)柴油機(jī)、變速箱及驅(qū)動(dòng)橋等傳動(dòng)部件；④行走剎車(chē)采用氣推油盤(pán)鉗式腳剎車(chē)，駐車(chē)制動(dòng)采用盤(pán)鉗式手制動(dòng)，安全可靠；⑤前后機(jī)身采用鉸接方式連接，雙推力液壓助力轉(zhuǎn)向，操作靈活省力。

主要技術(shù)參數(shù)：LSS208型振動(dòng)壓路機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 LSS208型振動(dòng)壓路機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3.2 特種工程機(jī)械的現(xiàn)場(chǎng)使用

3.2.1 巷道起底

起底方式：209輔運(yùn)巷、209膠帶巷以及209切眼在掘進(jìn)期間都是沿煤層掘進(jìn)，掘進(jìn)完后大部分巷道達(dá)不到設(shè)計(jì)高度，影響巷道的正常使用，因此采用兩臺(tái)液壓挖掘機(jī)配合的方式進(jìn)行起底。209工作面回采期間，受采動(dòng)壓力及積水等因素的影響，輔運(yùn)巷、膠帶巷及回風(fēng)巷均有不同程度的底鼓現(xiàn)象，膠帶巷相對(duì)底鼓量較小，不需要機(jī)械化起底，而回風(fēng)巷和采空區(qū)對(duì)應(yīng)段輔運(yùn)巷底鼓較為嚴(yán)重，如圖1所示。底鼓嚴(yán)重區(qū)域需要機(jī)械設(shè)備配合起底，因此在工作面回采期間對(duì)這兩段底鼓嚴(yán)重的巷道也采用兩臺(tái)液壓挖掘機(jī)配合的方式進(jìn)行起底。

圖1 209工作面回采巷道底鼓嚴(yán)重區(qū)域示意

起底過(guò)程：起底采用兩臺(tái)液壓挖掘機(jī)配合作業(yè)，破底、出渣同步進(jìn)行的施工方式，如圖2所示。一臺(tái)液壓挖掘機(jī)安裝破碎錘，在需起底區(qū)域根據(jù)巷道需要起底高度對(duì)巷道底板巖石破碎，要求破碎后巖石直徑不超過(guò)300 mm，以便于裝車(chē)。另外一臺(tái)液壓挖掘機(jī)安裝鏟斗，在已破底區(qū)域清理巷道已破碎的巖石并配合裝車(chē)，巖石使用防爆無(wú)軌膠輪車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸，巖石清理完后再使用挖掘機(jī)配合對(duì)巷道底板進(jìn)行平整，保證起底后巷道平整度、高度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖2 特種工程機(jī)械配合起底示意

起底后處理：液壓挖掘機(jī)起底后，及時(shí)使用防爆壓路機(jī)對(duì)已起底區(qū)域路面進(jìn)行壓實(shí)，提高了路面的平整度和強(qiáng)度，同時(shí)也減少了無(wú)軌膠輪車(chē)運(yùn)輸期間產(chǎn)生的車(chē)轍，保證了巷道的正常使用。

3.2.2 巷道鋪墊

鋪墊方式：使用液壓挖掘機(jī)起底后，巷道底板的平整度已得到了大幅度的提高。但是輔運(yùn)巷在工作面安裝期間作為支架搬運(yùn)車(chē)、多功能鏟板車(chē)等大型特種車(chē)輛的主要運(yùn)輸通道，對(duì)路面的平整度和強(qiáng)度要求較高。液壓挖掘機(jī)起底后的路面不能滿足特種車(chē)輛安全運(yùn)輸需求，而切眼主要作為工作面液壓支架、刮板運(yùn)輸機(jī)的安裝區(qū)域，同時(shí)也作為切眼設(shè)備安裝期間特種車(chē)輛的運(yùn)輸通道，巷道底板的強(qiáng)度、平整度對(duì)特種車(chē)輛的安全運(yùn)輸和設(shè)備安裝質(zhì)量有很大的影響。為了保證工作面安裝期間特種車(chē)輛的安全運(yùn)輸和工作面設(shè)備的安裝質(zhì)量，輔運(yùn)巷和切眼起底后采用鋪墊三合土(石子、黃土、白灰按照一定比例混合而成)或鋪墊干拌料(石子、沙子、水泥按照一定比例混合而成)的方式再次提高巷道底板的強(qiáng)度和平整度。

鋪墊過(guò)程：如圖3所示，輔運(yùn)巷起底后在巷道底板鋪墊一層厚度約300 mm的三合土，三合土由人工配合防爆裝載機(jī)鋪墊平整，然后使用防爆壓路機(jī)壓實(shí)，有效提高了路面的強(qiáng)度和平整度，保證了特種車(chē)輛的安全運(yùn)輸。切眼的鋪墊因?yàn)榭紤]到設(shè)備安裝和初采初放設(shè)備調(diào)試期間會(huì)產(chǎn)生積水，所以選擇干拌料進(jìn)行鋪墊，即在起過(guò)底的巷道底板鋪墊一層厚度約300 mm的干拌料，并使用防爆壓路機(jī)壓實(shí)，提高切眼巷道底板的強(qiáng)度和平整度，并可以通過(guò)干拌料自身的吸水性解決設(shè)備產(chǎn)生的少量積水，可為特種車(chē)輛的運(yùn)輸和切眼設(shè)備的安裝提供良好的條件。

圖3 特種工程機(jī)械配合鋪路示意

4 使用效果

4.1 人力投入

采用放震動(dòng)炮的方式起底需人工配合打眼、裝藥、爆破以及清理矸石，每個(gè)施工地點(diǎn)至少需要12人配合作業(yè)，而且人工配合打眼、清理矸石等工作勞動(dòng)強(qiáng)度很大。而采用特種工程機(jī)械起底的方式僅需投入3人操作特種機(jī)械，2人配合現(xiàn)場(chǎng)零雜工程施工，共需投入5人就可以完成巷道起底工作，破底、裝矸工作全部由機(jī)械設(shè)備完成，人員勞動(dòng)強(qiáng)度也明顯降低。

4.2 工作效率及工程質(zhì)量

通過(guò)特種工程機(jī)械的引入，巷道起底由以前單班5 m提高到了25 m以上，鋪路由以前人均20 m提高到了80 m以上，工作效率明顯提升。而且使用液壓挖掘機(jī)起底可以有效地控制對(duì)巖石的破碎厚度，相對(duì)放震動(dòng)炮起底后的巷道坡度更加平緩，鼓包明顯減少，再通過(guò)三合土、干拌料的鋪墊以及防爆壓路機(jī)的壓實(shí)，路面平整度有了大幅提高，保證了設(shè)備的安裝質(zhì)量和車(chē)輛的安全運(yùn)輸。

4.3 施工工序及施工安全

采用放震動(dòng)炮的方式起底包括打眼、爆破、清理矸石等多道工序，現(xiàn)場(chǎng)施工工藝較為繁雜，每道工序都存在很多不安全因素，不利于現(xiàn)場(chǎng)的安全管理。而且爆破屬于煤礦安全生產(chǎn)中的一項(xiàng)高危工作，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的安全管理和技術(shù)管理都有著嚴(yán)格的要求，稍有不慎就可能造成嚴(yán)重的安全事故。采用特種工程機(jī)械起底只包括破底和裝渣兩道工序，工序簡(jiǎn)單，便于現(xiàn)場(chǎng)安全管理，而且省去了爆破作業(yè)環(huán)節(jié)，有效提高了現(xiàn)場(chǎng)施工的安全可靠性，保證了現(xiàn)場(chǎng)施工安全。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)礦用特種工程機(jī)械的引入和應(yīng)用，形成了一套比較規(guī)范的機(jī)械化起底、鋪路模式，有效解決了綜采工作面回采巷道掘進(jìn)高度不夠、回采期間出現(xiàn)底鼓以及巷道底板不平整影響設(shè)備安裝質(zhì)量和車(chē)輛運(yùn)輸安全等問(wèn)題。同時(shí)，大幅提升了現(xiàn)場(chǎng)施工的工作效率和工程質(zhì)量，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)保證礦井的安全高效生產(chǎn)創(chuàng)造了有利的條件。