徐魁
【摘 要】2015年3月12日,煤礦用全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)作業(yè)線在淮南礦業(yè)集團(tuán)張集礦1413A高抽巷實(shí)現(xiàn)安全貫通,圓滿完成了安裝、始發(fā)、掘進(jìn)、貫通的各項(xiàng)進(jìn)程。
【關(guān)鍵詞】煤炭;掘進(jìn)機(jī);首臺
淮南礦業(yè)集團(tuán)張集礦1413A高抽巷是世界上首次在立井煤礦巷道掘進(jìn)中使用全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)的機(jī)械化作業(yè)線,是國家發(fā)改委煤炭產(chǎn)業(yè)升級項(xiàng)目。項(xiàng)目于2012年開始組織研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、安裝、施工,此次巷道安全貫通,標(biāo)志著世界首臺立井煤礦全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)作業(yè)線試驗(yàn)成功。
全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)在張集礦首次應(yīng)用,集團(tuán)公司上下重視,安排人員全過程跟綜,及時(shí)掌握設(shè)備可操性、工藝性、維護(hù)保養(yǎng)、材料備件消耗、安全防護(hù)等方面優(yōu)點(diǎn)和不足,為巖巷快掘機(jī)械化積累經(jīng)驗(yàn)。下面就全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)使用情況匯報(bào)如下:
1 工作面的基本情況
1.1 工程概況
1.1.1 巷道概況
1413A高抽巷設(shè)計(jì)總長為1598m。炮掘隊(duì)于2013年10月份,從西二1煤回風(fēng)下山撥門已施工458m(其中包含全斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)(TBM)組裝硐室長度為56m),從1413A切眼撥門已施工長度為436m,截止至2014年12月,1413A高抽巷剩余704m。根據(jù)生產(chǎn)需要,由716隊(duì)采用全斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)(TBM)繼續(xù)從J11點(diǎn)前41m處,按照32°方位,2‰上山掘進(jìn)。
1.1.2 支護(hù)形式設(shè)計(jì)及巷道斷面規(guī)格
1)支護(hù)形式:錨網(wǎng)支護(hù)。
2)巷道斷面:圓形斷面,規(guī)格為:4530mm。
1.2 地質(zhì)概況
1.2.1 掘進(jìn)區(qū)段地層特征:巷道位于1煤層頂板,巷底距1煤頂板法距22.3~24.5m;巷道預(yù)計(jì)將揭露的主要巖性為粉細(xì)砂巖、中砂巖,頂板抗壓強(qiáng)度25.67~134MPa。
1.2.2 掘進(jìn)區(qū)段范圍:巷道位于西二采區(qū),東臨西二1煤-536m一灰疏水巷,西臨西二1煤采區(qū)1413A工作面軌順、北至Fs866斷層,南至西二1煤回風(fēng)下山。
1.2.3 地質(zhì)構(gòu)造:掘進(jìn)范圍內(nèi)煤巖層總體近似為一單斜構(gòu)造,地層走向40~50°,傾向130~140°,傾角3.0~5.0°,平均4.0°。
2 全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)基本參數(shù)
2.1 整機(jī)參數(shù)
1)開挖直徑:Φ4.53m
2)主機(jī)長:約20m
3)主機(jī)重:約250T
4)設(shè)備總長:約45m
5)總重:約350T
6)設(shè)計(jì)最大推進(jìn)速度:100mm/min
7)接地比壓:2.7MPa
2.2 全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)主要結(jié)構(gòu)
2.2.1 刀盤:分體結(jié)構(gòu),共兩瓣,17“滾刀30把,承載250kN;刮刀52把。
2.2.2 支撐:6個(gè)護(hù)盾(1個(gè)頂護(hù)盾,2個(gè)側(cè)上護(hù)盾,2個(gè)側(cè)下護(hù),1個(gè)底護(hù)盾),頂護(hù)盾與側(cè)上護(hù)盾為指形護(hù)盾;如圖1。
2.2.3 主驅(qū)動(dòng):整體式結(jié)構(gòu),總驅(qū)動(dòng)功率:4×360kW=1440kW,變速變矩控制,轉(zhuǎn)速0-10.6rpm,扭矩1132-2187kNm,脫困扭矩2500kNm。
2.2.4 大梁與撐靴:雙水平撐靴結(jié)構(gòu)(如圖2)
2.2.5 配套5節(jié)拖車:放置設(shè)備(控制室、液壓站、電控柜、水箱等),共5節(jié)G1~G5;行走方式為大梁牽引。
2.2.6 出渣系統(tǒng):刀盤出渣鏟斗,溜渣槽,一段皮帶機(jī),二段皮帶機(jī)。一段皮帶機(jī)為液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng),皮帶寬度為650mm,帶速2.5m/s,運(yùn)量為350t/h。二段皮帶機(jī)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng),皮帶寬度為650mm,帶速2.5m/s,運(yùn)量為350t/h。
3 全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)使用情況
3.1 總體使用情況
全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)于2014年10月26日開始陸續(xù)入井,2015年1月6日組裝調(diào)試完工,在張集礦1413A高抽巷開始掘進(jìn),2015年3月12日該面安全貫通,用時(shí)52天,累計(jì)進(jìn)尺704米,最高日進(jìn)尺30.7米,平均日進(jìn)尺13.5米。
3.2 設(shè)備的綜合表現(xiàn)
3.2.1 設(shè)備操作方面
全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)每個(gè)循環(huán)行程1.50m,當(dāng)一個(gè)循環(huán)結(jié)束時(shí),停止掘進(jìn),刀盤后退30~50mm,放下主機(jī)后支撐腿,將主機(jī)支撐牢固后,收回前后兩側(cè)水平撐靴,前移撐靴一個(gè)循環(huán)的距離,然后根據(jù)導(dǎo)向系統(tǒng)提供的主機(jī)位置參數(shù)進(jìn)行全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)調(diào)向,調(diào)向完成后將兩水平撐靴伸出至一定壓力,收回后支撐離地大約50-100mm。通過拖拉油缸拖后配套并前移一個(gè)循環(huán)的距離后,即可接著進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的掘進(jìn)作業(yè)。
上述所有動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)都是在操作室內(nèi)計(jì)算機(jī)上完成,實(shí)現(xiàn)了可視化,自動(dòng)化操作,技術(shù)先進(jìn),控制精度高。
3.2.2 施工工藝、質(zhì)量等方面
全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)利用帶有滾刀的刀盤擠壓將巖石剝落成小塊巖石,通過刀盤鏟刀將巖石碎塊帶到刀盤中心的溜渣槽,然后落到一段轉(zhuǎn)載機(jī)、二段轉(zhuǎn)載機(jī),再經(jīng)后配套膠帶輸送機(jī)運(yùn)出;迎頭的破、裝、運(yùn)工作全部由機(jī)器自動(dòng)完成,徹底改變了巖巷掘進(jìn)機(jī)人工操作作業(yè)方式,顛覆打眼放炮落巖、機(jī)械或半機(jī)械裝巖、非連續(xù)出貨的炮掘生產(chǎn)方式;巷道定型好,后期巷道變形小,支護(hù)及時(shí),巷道質(zhì)量大大提高。支護(hù)方面,采用液壓錨桿鉆機(jī)打眼、裝藥,人工使用手持式錨桿鉆機(jī)進(jìn)行輔助錨桿錨固,達(dá)到永久支護(hù)的目的。
除塵方面,全斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)(TBM)刀盤正面設(shè)置了噴水裝置,在刀盤切削巖石過程中,進(jìn)行噴水降塵。通過護(hù)盾進(jìn)行封閉,使粉塵無法通過護(hù)盾,保護(hù)巷道內(nèi)部的干凈與清潔。通過安裝除塵風(fēng)機(jī)(型號為KCS-320D),進(jìn)一步去掉懸浮粉塵。
3.2.3 維護(hù)保養(yǎng)方面
全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)的維護(hù)保養(yǎng)與其他設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)一樣,主要也是每天對液壓系統(tǒng)、傳動(dòng)裝置用油及過濾芯等的檢查更換,以及各種堅(jiān)固件的堅(jiān)固檢查與更換;不同的是對刀具維護(hù)與更換更加嚴(yán)格,要求每天都要檢查刀盤刀具(滾刀、刮刀)的磨損、破損情況,滾刀軸承的工作情況,以及滾刀潤滑油的泄漏情況。
3.2.4 材料、備件消耗方面
材料消耗:共更換了8個(gè)滾刀,液壓油2000升,EP2潤滑脂600㎏,油管、密封若干。
備件消耗:一運(yùn)機(jī)尾滾筒1件(Φ300×740),二運(yùn)機(jī)尾滾筒1件(Φ300×740),30千瓦的除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)2個(gè)。
3.2.5 安全防護(hù)方面
全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)的使用,改變了井下掘進(jìn)工作方式,使工作人員在永久支護(hù)的巷道里作業(yè),頂板、煤幫管理變得相對簡單,安全防護(hù)能力得到較大的提高。
3.3 設(shè)備存在的不足
3.3.1 錨桿鉆機(jī)不適應(yīng)現(xiàn)場要求
錨桿鉆機(jī)不適應(yīng)現(xiàn)場要求,后改用氣動(dòng)錨桿鉆機(jī),主要原因是:
A、該錨桿鉆機(jī)只能打眼,無法安裝錨桿,不能對錨桿進(jìn)行錨注;
B、錨桿眼不與巖面垂直,不符合錨桿設(shè)計(jì)要求;
3.3.2 除塵風(fēng)機(jī)效果差
除塵風(fēng)機(jī)除塵能力小,效果差;使用中兩次電機(jī)燒壞;另外,與通風(fēng)能力不匹配也是除塵效果差原因之一。
3.3.3 一運(yùn)、二運(yùn)、刀盤、托車清渣困難
一運(yùn)、二運(yùn)、刀盤、托車與相關(guān)部件之間間隙小,灑落的煤矸不好清理,清理耗費(fèi)時(shí)間較長;若清理不及時(shí),一運(yùn)易壓實(shí),過載等,影響進(jìn)尺。使用中一運(yùn)、二運(yùn)機(jī)尾滾筒損壞主要原因就是清理不及時(shí)造成。另外,后配套皮帶伸機(jī)尾時(shí),設(shè)計(jì)一次伸20米,現(xiàn)只能伸10米,且阻力很大,主要原因是二運(yùn)太重,牽引力不足,二運(yùn)壓在后配套皮帶機(jī)上,只能使用人工進(jìn)行移動(dòng)。
4 總結(jié)
在北方重工和張集礦的共同努力下,全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)克服了大型設(shè)備入井安裝、突出礦井“防爆”、排渣、材料人員運(yùn)輸、過斷層等困難,前瞻性、創(chuàng)新性地解決了諸多問題,實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)造了巖巷掘進(jìn)平均日進(jìn)尺13.5米的最好成績,打破了淮南礦區(qū)巖巷掘進(jìn)單進(jìn)最高紀(jì)錄。為集團(tuán)公司巖巷快掘機(jī)械化積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)作業(yè)線在張集礦成功應(yīng)用,是淮南礦業(yè)集團(tuán)推進(jìn)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變的重要成果,也是我國煤礦井下巖巷掘進(jìn)具有里程碑意義的一場革命。
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