硬岩掘进机在煤矿大断面缓坡斜井建设中的应用

崔永丰

（天地科技股份有限公司，北京 100013）

矿建工程是矿井建设的重中之重，特别是井筒掘进往往是瓶颈。为提高建井速度，对有条件采用掘进机的工程要尽量使用掘进机，实现破、装、运的全机械化，并使安全性得到提高。

1 国内掘进机现状

我国是掘进机生产大国，目前年产掘进机1 200多台，主要分为纵轴掘进机和横轴掘进机，功率从55 kW到418 kW。国产掘进机截割岩石普氏系数范围f3～f12，国内EBH360横轴掘进机最大截割硬度已达f12，但当岩石硬度超过f10时，掘进机截齿消耗较大、零部件寿命降低，掘进机的经济性变差。近年来，掘进机从轻型发展到中、重型，截割对象从煤拓展到了半煤岩、岩石，使用范围有了质的变化。掘进机技术的发展使得岩石巷道综掘、井筒综掘成为可能，为矿井建设加速创造有利条件。

2 工程概况

蒲县昊兴塬煤矿为资源整合矿井，井田面积9.339 2 km2，设计产能1.80 Mt/a。投产时矿井新建一条无轨胶轮车运输的缓坡副斜井，井筒倾角6.5°，斜长1 050 m，设计为半圆拱形断面，巷道净宽5 m，井筒支护为锚杆、锚索、喷射混凝土联合支护。该井筒穿过的地层情况如表1所示。井筒平面和断面图见图1和图2。

表1 井筒穿地层顺序表

图1 副斜井井筒平面图

图2 副斜井井筒断面图

3 掘进机型号参数及其适应性

1）掘进机的型号及参数：选用EBH315型掘进机，经济截割硬度f≤10，局部f≤12，适用于各种类型底板半煤岩和岩巷掘进，主要技术指标如表2所示。

2）工程适应性分析：①截割面积和牵引速度。EBH315型掘进机截割面积最大可达38 m2，当前井筒掘进断面19.7 m2，可满足井筒断面一次成型掘进需求。该型掘进机牵引速度高，最大达到11m/min，可满足快速施工需求。②爬坡能力。EBH315型掘进机爬坡能力达到±16°，当前井筒倾角最大6.5°，在其高效工作范围内，可缩短掘进时间，提高掘进速度。③作业效率。EBH315型掘进机截割能力强，理论经济截割岩石硬度≤f 10，实际应用证明：岩石硬度≤f 8时可实现经济截割，超过f 8则截齿消耗大，单米巷道掘进费用偏高。该掘进机采用齿轮齿条式回转机构，可为截割机构提供稳定的回转力矩；采用集中自动润滑系统和智能化的西门子PLC控制器，润滑可靠性高，劳动强度小；电控系统更加智能化和人性化；掘进机截割头采用国际一流设计，单刀力量大，截齿布置合理，破岩过构造能力强，提高了掘进工作效率。

表2 EBH315型掘进机主要技术指标

4 应用效果分析

1）施工进度。副斜井工程总长度1 050 m，基岩风化段26 m，其余均为岩石巷道，计划工期10个月。采用综掘工艺后，井筒施工日进度高达8 m/d，平均月进度达150 m，实际工期215 d，比计划工期提前3个月。经分析，综掘效率高主要得益于以下方面：1）选用综掘机功率大，破岩能力强，很大程度上节省了落岩时间，为最费时间的支护工艺创造了条件。2）该井筒所穿地层岩性稳定，岩石硬度基本在7.5左右，超过8的很少，很利于综掘机工作。3）采用综掘施工影响因素少，避免了使用火工品受运输条件、政策因素等影响，提高了有效掘进时间。4）矿石运输采用带式输送机，材料运输采用无轨胶轮车，运输实现连续化，效率较高。

2）施工质量与安全。与炮掘相比，综掘破岩基本上避免了超挖和欠挖，巷道成型较好，减少了“敲帮问顶”时间，也减小了“敲帮问顶”工艺的安全风险，具有好的巷道成型，能有效增加控顶距，为破岩和支护工艺并行作业提供有利条件。在施工安全方面，综掘减少了爆炸材料可能带来的安全隐患，其高效的内外喷雾系统，降低了岩粉尘，净化了井下工人工作环境。

3）存在的问题。岩巷掘进机虽在昊兴塬井筒工程实践中取得较好效果，但其应用还仅仅局限于普氏系数小的岩石巷道，局限于地质构简单、岩石节理不发育的掘进工作面。当岩石硬度大、岩石节理发育、地质条件复杂时，掘进机运行效能较低，截齿消耗高，掘进成本增加。再者，受掘进机特性的影响，巷道断面难以掘成标准的半圆拱或矩形断面，巷道美观和承压性能稍差。

5 结束语

该项目的实施获得成功，取得了良好的安全效果及经济效益，确保了EBH315型掘进机在全硬岩条件下的高效安全使用，减少井筒工期3个月，为矿井建设的其他工序创造了有利条件，也为相似条件下大断面井筒采用综掘工艺积累了经验，解决了长距离缓坡斜井建设中制约煤矿无轨胶轮车应用的瓶颈问题。

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