“第三十七屆科技論文交流會”三等獎?wù)撐?1
綜掘巖巷高效優(yōu)質(zhì)施工探討
大興礦? 李? 廣 ????
摘 要： 通過在大興礦N2-1203底板瓦斯道掘進工作面使用EBZ-260型綜掘機、雙160KW電機1米變頻阻燃皮帶和梭式礦車擴容等技術(shù)改造下，面對著防突打鉆、層位探孔、煤矸分運、運輸系統(tǒng)長、設(shè)備檢修工程量大以及幫頂破碎等制約因素；經(jīng)過合理組織，精細檢修設(shè)備，實現(xiàn)高效優(yōu)質(zhì)綜掘巖巷月進尺313米，刷新了集團公司巖石巷道單月最高記錄。切實解決了大興礦“一面兩巖巷”制約生產(chǎn)接續(xù)的重大難題，為綜掘巖巷優(yōu)質(zhì)施工總結(jié)出一套高效的管理方法。
關(guān)鍵詞：綜掘 高效 優(yōu)質(zhì)
1 問題的提出
面對日益緊張的采掘接續(xù)現(xiàn)狀，為了更好的保障采掘生產(chǎn)接續(xù)，針對大興礦特殊的地質(zhì)條件、防突打鉆、層位探孔、煤矸分運以及幫頂支護破碎補強以及“一面四巷”防突治理模式等制約因素，工程量的增加和不可預(yù)見性給正常的采掘接續(xù)帶來了一定的困難，因此切實的解決可能會影響施工進度的不利因素，做到科技創(chuàng)新、集思廣益，總結(jié)完善綜掘巖巷高效優(yōu)質(zhì)施工方法，從而保障采掘接續(xù)的有序進行。
2 工作面概況
大興礦N2-1203底板瓦斯道全長1691m。本工作面為12煤層首采工作面，四周均未采動。該巷道用途是為N2-1203工作面采取穿層消突采區(qū)打鉆。位于大興礦-600水平、井下標高-690～-630m。工作面地表北部為興隆屯村，已動遷；南部為大孤榆樹村；東西部為農(nóng)田地。工作面地表為采煤沉陷區(qū)，該積水區(qū)在回采9煤層時已進行了安全論證。工作面地表中部有4條高壓線和2條礦區(qū)公路、1條礦區(qū)鐵路、1條瓦斯管路通過。工作面東側(cè)為F15-1和fN2-3號斷層；工作面西側(cè)為F44號斷層；南側(cè)為主副井工業(yè)廣場保護煤柱；北側(cè)為F15號邊界斷層，與大隆井田相鄰。工作面上鄰10-2煤層，不可采，一般煤厚為0.43m，與12煤層間距在57.69～71.76m之間，12煤層上部小范圍內(nèi)發(fā)育有12-1煤層，煤厚1.09m與12煤層間距為5.34m，僅614號地質(zhì)鉆孔實見；本工作面從拉門掘進時，巷道位于14-1層煤中，隨著巷道向前掘進，將巷道頂板控制在距14-1煤層底板7-10m范圍。巖層硬度(?)4～5。
本工作面水文地質(zhì)條件簡單，老頂粗砂巖為微弱承壓直接充水含水層，含孔隙水，裂隙水。本工作面不受水害威脅。
要實現(xiàn)快速、高效施工，一定要根據(jù)現(xiàn)場實際情況，預(yù)想施工中可能造成制約生產(chǎn)的每個環(huán)節(jié)，采取切實有效的措施，保障員工身體健康和正規(guī)生產(chǎn)循環(huán)，攻堅克難，確保安全生產(chǎn)。
3 采取相應(yīng)的技術(shù)方案
3.1 “一面一議”綜合進行巷道支護設(shè)計
根據(jù)與本工作面位于同一采區(qū)，同一煤層，頂?shù)装鍘r性相接近的N2集中皮帶道工作面施工情況，采用工程類比法進行該工作面錨桿支護設(shè)計，巷道采用錨桿+尾繩鋼帶+金屬網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護。
圖1 巷道綜合柱狀
圖2 巷道支護斷面示意圖
3.2 綜掘機選型
該工作面巖性主要以細、中砂巖為主，相對堅硬，要實現(xiàn)快速掘進綜掘機的選型是施工的必要條件，EBZ260型綜掘機截割穩(wěn)定性好，可充分利用自身重量作業(yè)能力強，運貨速度快，操作簡單易懂。雖然N2-1203底板瓦斯道4m寬、3m高就可以滿足消突打鉆空間施工要求，考慮到綜掘機與風(fēng)筒的高度和綜掘機本身3.6m寬度，因此我礦針對該工作面進行一面一議的設(shè)計理念至關(guān)重要，巷道設(shè)計為寬度4.2m，高度3.2m，既滿足了大機型綜掘設(shè)備的使用空間，又很好的提高了工作效率。該綜掘機的使用可完成不退車分次截割實現(xiàn)一次成巷。
圖3 綜掘機截割示意圖
3.3 皮帶機選型
N2-1203 瓦斯道坡上為0～7度。采用160Kw雙電機拖動，皮帶采用1000mm寬阻燃皮帶。皮帶開關(guān)采用KT400變頻開關(guān)，運行速度設(shè)置為30Hz。使用變頻開關(guān)節(jié)能效果十分明顯，延長皮帶布置距離：N2-1203底板瓦斯道掘進長度1691m，只布置一條皮帶就滿足了生產(chǎn)需要。根據(jù)綜掘機內(nèi)部刮板輸送機運輸能力進皮帶進行選型，皮帶運行頻率為30Hz就能滿足運輸需求，每小時可節(jié)約電量120kw。降低皮帶設(shè)備損耗。使用變頻器后，啟動瞬間的沖擊力變小了，從而延長了設(shè)備的使用壽命。
3.4 梭式礦車選型與改造
N2-1203 底板瓦斯道掘進斷面積為13.5m2，碎漲系數(shù)取1.6，循環(huán)進尺2米，則平均每班出矸43.2 m3。2臺SD-14型的梭車搭接使用，組合容積為28m3，因此需要進行技術(shù)改造，在梭車內(nèi)部增加抽匣進行車身內(nèi)部二次分運矸石，安設(shè)一個油缸兩次伸縮達到開關(guān)抽匣，實現(xiàn)了連續(xù)出矸，集中排放，達到擴大容量的目的。該工作面由于巖石堅硬，截割時間大約在120分鐘左右，安設(shè)后可起到臨時儲存貨物。因此，掘進生產(chǎn)時不需要向上一部皮帶排矸就能進行掘進，生產(chǎn)不受運輸系統(tǒng)限制，可按照煤矸分運的要求進行定時排放。
根據(jù)實際情況，梭車組合排空時間為11分鐘，梭車至上一部北翼集中皮帶矸石倉共3條皮帶，連接長度1320m，皮帶速度3.15m/s，拉空共需要18分鐘。由此可見：每個循環(huán)運輸相同數(shù)量的矸石，使用梭車時，只需要開2次皮帶36分鐘即可。如果不使用梭車需要1320米皮帶同時工作120分鐘。該設(shè)備有效減少皮帶運行時間。N2-1203底板瓦斯道在梭車使用和改造技術(shù)上，既提高工作效率，又保證了煤矸分運并節(jié)省了電力資源。最重要的是切實解決了煤矸分運的同時，保障了外部皮帶系統(tǒng)因故障或檢修影響工作面正常掘進的問題，梭車的安設(shè)與擴容改造，切實保障了矸石運輸、儲存，是保障綜掘高效施工的重要因素。
3.5 局部通風(fēng)機選型
按瓦斯涌出量計算：Q1=125q瓦絕·k=125×0.4×2=100m3/min。
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按掘進工作面同時作業(yè)最多人員數(shù)量計算：本掘進工作面同時作業(yè)的最多人數(shù)為9人，Q2=4N=4×9=36m3/min。
按照二氧化碳涌出量計算： Q3=67×qbc×kbc=67×0.167×2=22.38m3/min。
按除塵風(fēng)機風(fēng)筒與壓入式風(fēng)機風(fēng)筒重疊段風(fēng)速計算，根據(jù)集團公司“一通三防”管理制度要求，必須保證除塵風(fēng)機風(fēng)筒與壓入式風(fēng)機風(fēng)筒重疊段的風(fēng)速滿足《煤礦安全規(guī)程》要求，并保證無瓦斯超限現(xiàn)象。本掘進工作面為巖巷進工作面，最低風(fēng)速為0.15 m/min，Q重疊段≥0.15×60·S斷面≥0.15×60×10.5≥95m3/min
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綜合掘進工作面風(fēng)量和重疊段風(fēng)量，以及除塵風(fēng)機實際處理風(fēng)量，計算本掘進工作面需要風(fēng)量：Q4 = Q重疊段+ Q除塵風(fēng)機吸入=95+280=375m3/min
N2-1203 底板瓦斯道工作面，掘進期間采用兩臺（一臺運轉(zhuǎn)、一臺備用）型號為FBDNO.6.0/2×30KW煤礦用隔爆對旋局部通風(fēng)機壓入式通風(fēng)。根據(jù)計算確定掘進工作面的需風(fēng)量為375m3/min，N2-1203底板瓦斯道掘進期間最大供風(fēng)距離為1691m，百米漏風(fēng)率按0.2%計算所以局部通風(fēng)機吸入風(fēng)量應(yīng)該大于582m3/min，所以在掘進期間使用2臺2×30kw，型號為FBDNO.6.0/2×30的對旋式局部通風(fēng)機，一臺運轉(zhuǎn)、一臺備用。風(fēng)機額定供風(fēng)風(fēng)量為360m3/min —560m3/min，風(fēng)機雙級運轉(zhuǎn)，滿足N2-1203底板瓦斯道掘進期間供風(fēng)要求。
3.6 除塵風(fēng)機選型及改造
本掘進工作面主要粉塵來源在掘進和支護工藝中產(chǎn)生，混入到工作面風(fēng)流中，為確保員工的身體健康，實踐中使用水除塵效果顯著，選取的除塵設(shè)備為KCS-550D型煤礦用濕式過濾旋流除塵器（簡稱除塵風(fēng)機），主要由過濾除塵段、配套風(fēng)機、旋流脫水段等三部分組成。除塵風(fēng)機安設(shè)在距工作面不大于80m處，使用Φ800mm骨架風(fēng)筒接引至綜掘機前部，骨架風(fēng)筒吊掛在頂板上，跟隨掘進前移。直接由巷道內(nèi)的水管接引高壓膠管，為除塵風(fēng)機供水，水壓要求不小于1MPa，水量不小于18L/min，設(shè)置有調(diào)控閥門，除塵風(fēng)機廢水直接排出。
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為了保證除塵風(fēng)機凈化效果和避免故障發(fā)生影響生產(chǎn)，改造為同時采取2臺配套使用，將1臺風(fēng)機開啟，1臺備用；開啟的風(fēng)機將排風(fēng)口用Φ800mm骨架風(fēng)筒與備用風(fēng)筒連接，形成可以同時使用2臺除塵風(fēng)機過濾網(wǎng)，增加了1次過濾，同時每班接班后都認真將2臺過濾網(wǎng)進行沖洗，從而除塵效果更為明顯。
4 防突與層位管理
N2-1203 底板瓦斯道工作面在北翼采區(qū)14-1煤層下部巖層中，煤巖形態(tài)總體為一單斜構(gòu)造，產(chǎn)狀為193～243°∠6～10°。根據(jù)地質(zhì)鉆孔和9煤層已回采工作面實見資料看，本工作面斷層構(gòu)造非常復(fù)雜。工作面東側(cè)發(fā)育有F15-1和FN2-3號斷層，斷層產(chǎn)狀分別為：268°∠40°H=0～14米；112°∠45°H=0～7m，這2條斷層在工作面回順掘進期間對工作面的掘進有一定影響。工作面西側(cè)為F44號斷層，斷層產(chǎn)狀為62°∠47°H=0～24m，該斷層對工作面的布置有較大影響。工作面北側(cè)為F15號邊界斷層，斷層產(chǎn)狀米222°∠60°H=50m,預(yù)計對工作面掘進無影響。
由于復(fù)雜的地質(zhì)條件，采取每10m頂板施工一個垂直探孔，掌握準備14-1煤層準確位置，巷道距14-1煤層底板7～10m，切實做好層位管理。同時由于該工作面有斷層出現(xiàn)，避免因斷層影響誤穿煤層，垂直工作面迎面施工1～3個超前探孔，每個探孔不得小于15m，始終保持5m超前距，防止誤揭煤。
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圖4 頂板探孔與超前探孔示意圖
5 勞動組織
作業(yè)方式：隊、班實行“四班三倒”、 “三、八”工作制，出勤率95%。每班按照生產(chǎn)要求進行精細設(shè)備檢修，同時利用電、鉗工檢修時間施工超前探孔，做到生產(chǎn)安排有條不紊，按照正規(guī)生產(chǎn)循環(huán)每天可完成10～11m進尺，綜掘機最長截割時間為120分鐘，如果巖性發(fā)生變軟，截割時間縮短，節(jié)省的時間可實現(xiàn)單排1m小循環(huán)作業(yè)，2016年3月份共31天，共完成快速、優(yōu)質(zhì)綜掘巖巷月進尺313m，實現(xiàn)了大興礦1990年建礦以來綜掘巖巷單月最高成績，同時也刷新了集團公司綜掘巖巷單月最高記錄。
6 經(jīng)濟效益分析
由于受地質(zhì)條件變化和防突等不可預(yù)見性因素影響，綜掘巖巷平均生產(chǎn)進尺為120～150米左右，通過技術(shù)創(chuàng)新及設(shè)備改造，近一年平均進尺為180～240米；大興礦現(xiàn)有2個巖巷綜掘工作面，每月每個工作面可提高進尺50米左右，按照每米人工費4631元計算，一年取得的經(jīng)濟效益為55.57萬元。取得良好經(jīng)濟效益的同時更重要的是保證了采掘接續(xù)的有序進行。
7 結(jié)論
N2-1203 底板瓦斯道經(jīng)過精密籌劃，從地質(zhì)構(gòu)造分析、防突打鉆、優(yōu)化斷面與支護設(shè)計、綜掘機選型、皮帶變頻設(shè)備投入、梭車擴容改造、主備除塵風(fēng)機改造配合使用等多方面創(chuàng)新。通過人員有序安排、機電設(shè)計精簡精修和全體技術(shù)人員共同努力，很好的完成了掘進施工任務(wù)，克服困難，實現(xiàn)全年月巖巷平均進尺216m，日最高進尺15m，月最高進尺313m的好成績！更重要的是掌握與總結(jié)出一套行之有效、安全可靠的施工方法，為綜掘巖巷高效、優(yōu)質(zhì)施工提供了寶貴的工作經(jīng)驗。
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作者簡介 李廣 (1981.3-) ，男，工程師,畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)采礦工程專業(yè)，現(xiàn)在鐵煤集團大興煤礦生產(chǎn)科擔(dān)任副科長。聯(lián)系電話：15241005841。
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