大傾角下山巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)在豐陽煤礦的實踐應(yīng)用

孟亞周,申 華,胡志飛

(永城煤電控股集團(tuán)有限公司 豐陽煤礦,河南 登封 452470)

煤礦下山巖巷掘進(jìn)一直是掘進(jìn)施工的難題之一,尤其是對于傾角大于25°的大斷面下山巷道而言,掘進(jìn)更加困難。隨著巷道掘進(jìn)長度不斷增加,迎頭排水困難、提升運輸困難、出矸困難、勞動強(qiáng)度增加等難題愈加突出,嚴(yán)重制約巷道單進(jìn)水平[1-2]。因此,研究大坡度下山巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)對加快煤礦延伸采區(qū)形成，緩解采掘接替緊張具有重要意義。

本文以永城煤電控股集團(tuán)登封煤業(yè)有限公司豐陽煤礦22采區(qū)回風(fēng)下山為例,針對大坡度下山巖巷開拓過程中，受裝備和沿線增長的影響,導(dǎo)致提升運輸困難、出矸困難、工人勞動強(qiáng)度增加等問題,采用大坡度挖掘裝載機(jī)、大傾角液壓變頻膠帶運輸機(jī)、遠(yuǎn)距離噴漿機(jī)等綜合配套設(shè)施在22采區(qū)回風(fēng)下山進(jìn)行實踐應(yīng)用[3-5]。在降低工人勞動強(qiáng)度的同時,大大提高了22采區(qū)回風(fēng)下山正規(guī)循環(huán)效率及整體工效,實現(xiàn)了大坡度下山巖巷掘進(jìn)單進(jìn)水平的大幅度提高。

1 工程概況

1.1 22采區(qū)回風(fēng)下山設(shè)計情況

豐陽煤礦22采區(qū)為豐陽煤礦延伸開拓采區(qū),該采區(qū)回風(fēng)下山設(shè)計長度698 m,采用偽傾斜布置,設(shè)計坡度-25°,掘進(jìn)層位在太原組上段L6—L9灰?guī)r之間,層位穩(wěn)定,巖石堅固性系數(shù)f=12～18，采用錨網(wǎng)噴支護(hù),斷面形狀為直墻半圓拱,巷道斷面凈寬4 200 mm,凈高3 600 mm，凈斷面積13.2 m2。

1.2 22采區(qū)回風(fēng)下山原施工情況

22采區(qū)回風(fēng)下山初期采用P60B耙裝機(jī)裝矸,后巷采用JYB-50×1.40型絞車配合MDS2.2-6底卸式礦車運矸,有2～3名工人在上平臺配合推車運矸。采用混凝土濕式噴漿機(jī)進(jìn)行噴漿,噴漿機(jī)安裝位置隨巷道延伸向下轉(zhuǎn)移,噴漿料采用絞車運輸?shù)絿姖{機(jī)附近,占用施工人員較多，且隨著巷道不斷延伸,施工人員勞動強(qiáng)度不斷增加。

1.3 22采區(qū)回風(fēng)下山施工存在的問題

1)22采區(qū)回風(fēng)下山由于坡度較大,迎頭容易積水,采用P60B型耙斗式裝巖機(jī)進(jìn)行出矸作業(yè),迎頭矸石耙不干凈,施工底眼困難,巷道無法一次成巷,每施工2循環(huán)就要停下來進(jìn)行拉底，每進(jìn)30 m就要前移一次耙矸機(jī),每次前移間隔3 d左右。

2)采用JYB-50×1.40型絞車配合MDS2.2-6底卸式礦車出矸,斜巷運輸時間較長,每循環(huán)出矸時間在12 h左右,效率低下,嚴(yán)重制約循環(huán)進(jìn)度。

3)噴漿機(jī)不能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離噴漿,噴漿機(jī)安裝位置隨巷道延伸向下轉(zhuǎn)移,噴漿料采用絞車運輸?shù)絿姖{機(jī)附近,工序繁瑣,占用施工人員增多,安全風(fēng)險較高。

4)22采區(qū)回風(fēng)下山在原有裝備施工情況下,整體施工效率低下,單進(jìn)水平較低,一般維持在單進(jìn)35～40 m。

2 綜合快速掘進(jìn)技術(shù)實踐應(yīng)用

2.1 ZWY-150/55L型挖掘式裝載機(jī)實踐應(yīng)用

1)通過考察確定ZWY-150/55L型挖掘式裝載機(jī)能夠適應(yīng)32°以下的巷道裝運矸石,故選取ZWY-150/55L型挖掘式裝載機(jī)替換原有的P60B耙斗式裝載機(jī)用于工作面裝矸。ZWY-150/55L型挖掘式裝載機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 ZWY-150/55L型挖掘式裝載機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Major parameters of ZWY-150/55L mining loader

2)由于22采區(qū)回風(fēng)下山坡度為-25°,ZWY-150/55L型挖掘式裝載機(jī)在使用過程中存在倒退困難問題。礦井在22采區(qū)回風(fēng)下山后巷躲避硐室內(nèi)安裝SDJ-14型絞車輔助倒退,輔助絞車距迎頭挖掘式裝載機(jī)40 m。隨著巷道向前掘進(jìn),超過120 m必須進(jìn)行前移。

3)挖裝機(jī)后面跟二運橋式轉(zhuǎn)載皮帶,轉(zhuǎn)載矸石至膠帶輸送機(jī)。二運橋式轉(zhuǎn)載皮帶配800 mm寬的人字帶面,有效的保證矸石轉(zhuǎn)運,避免了矸石下滑，拉不走的現(xiàn)象。

2.2 DTL100/40/2×90液壓變頻膠帶運輸機(jī)應(yīng)用

1)根據(jù)22采區(qū)回風(fēng)下山設(shè)計參數(shù),選取DTL100/40/2×90液壓變頻膠帶運輸機(jī)運輸矸石。為確保22采區(qū)回風(fēng)下山DTL100/40/2×90液壓變頻膠帶運輸機(jī)安全運行,設(shè)計安裝兩部膠帶輸送機(jī),第二部安裝在22采區(qū)回風(fēng)下山350 m的位置。

2)為防止運輸過程中大塊矸石受重力作用自動滾出帶面,兩部膠帶輸送機(jī)配備1 000 mm寬的人字帶面,能夠有效防止矸石下滑。

3)膠帶輸送機(jī)每隔30 m安裝一道防矸石下滑擋板,且在兩部皮帶機(jī)輸送全程安裝防護(hù)網(wǎng),進(jìn)一步防止矸石滾出皮帶傷人。22采區(qū)回風(fēng)下山迎頭設(shè)備升級布置圖如圖1所示。

圖1 22采區(qū)回風(fēng)下山設(shè)備升級布置圖Fig.1 Layout of equipment upgrade in dipping return airway of No.22 mining area

2.3 遠(yuǎn)距離噴漿機(jī)實踐應(yīng)用

22采區(qū)回風(fēng)下山原來采用混凝土濕式噴漿機(jī),不能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離噴漿,噴漿機(jī)安裝位置隨巷道延伸向下延伸,噴漿料采用絞車運輸?shù)絿姖{機(jī)附近,占用施工人員較多,且時間較長,不能實現(xiàn)平行作業(yè)。為解決下山掘進(jìn)噴漿問題,礦井在22采區(qū)回風(fēng)下山上平臺配備一臺PYC6Z型液壓轉(zhuǎn)子式混凝土噴射機(jī),在巷道幫部鋪設(shè)直徑70 mm的噴漿管路，直接接到巷道迎頭附近,實現(xiàn)直接從上平臺上料，遠(yuǎn)距離噴漿的工藝,操作簡單。該工藝比之前省去斜巷運輸工序,節(jié)省上平臺開絞車打信號及推車工3人,降低施工人員勞動強(qiáng)度,噴漿效率提高,迎頭支護(hù)與后巷噴漿可以平行作業(yè)。

3 綜合快速掘進(jìn)技術(shù)使用效果

3.1 裝載運輸系統(tǒng)升級后安全效果

1)ZWY-150/55L型挖掘式裝載機(jī)投入使用后,能夠一次性將迎頭矸石出凈,可以使巷道底眼一次施工到位,確保巷道一次成巷,避免因底眼施工不到位，需要再進(jìn)行拉底的工序。

2)DTL100/40/2×90液壓變頻膠帶運輸機(jī)的投入使用可以確保機(jī)尾隨著巷道延伸而延伸,相比原來采用“耙裝機(jī)+礦車+絞車”方式出矸,減少了每進(jìn)30 m就要前移一次耙矸機(jī)的工序,節(jié)省3 d左右的時間。

3)裝載運輸系統(tǒng)升級后,通過磨合運轉(zhuǎn),22采區(qū)回風(fēng)下山出矸效率明顯提高,每循環(huán)出矸時間由原來的12 h縮短至目前的3 h。隨著出矸效率提高,正規(guī)循環(huán)率提高,打眼、出矸、爆破、支護(hù)、出矸、噴漿等工藝銜接更加有序緊湊,完成一個正規(guī)循環(huán)由原來的3～4個小班縮短為2個小班,而且降低了斜巷運輸風(fēng)險,運行更加安全高效。22采區(qū)回風(fēng)下山裝載運輸系統(tǒng)升級后正規(guī)循環(huán)作業(yè)圖如圖2所示。

圖2 22采區(qū)回風(fēng)下山裝載運輸系統(tǒng)升級后正規(guī)循環(huán)作業(yè)圖Fig.2 Regular cycle operation of dipping return airway in No.22 mining area after upgrading of transportation system

3.2 遠(yuǎn)距離噴漿機(jī)使用安全效果

遠(yuǎn)距離噴漿機(jī)的使用,實現(xiàn)了直接從上平臺上料遠(yuǎn)距離噴漿的工藝,比之前操作簡單,節(jié)省人員,降低人員勞動強(qiáng)度,噴漿效率高,且省去了斜巷運輸工序,降低了斜巷運輸風(fēng)險。

3.3 綜合效果

22采區(qū)回風(fēng)下山掘進(jìn)裝備升級之后,已安全運行近4個月,掘進(jìn)單進(jìn)水平得到大幅度提高,達(dá)到70 m/月。

4 結(jié)論

大傾角下山巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)在豐陽煤礦22采區(qū)回風(fēng)下山的成功應(yīng)用表明:針對大傾角下山巖巷施工中存在的問題,采取裝備升級、重組工序、優(yōu)化工藝等綜合配套措施,在降低工人勞動強(qiáng)度的同時,能夠安全高效大幅度提高大傾角巖巷下山掘進(jìn)單進(jìn)水平。豐陽煤礦大傾角下山巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)的成功應(yīng)用對類似條件下的工作面具有一定的借鑒意義。