大断面岩巷机械化作业线的实践应用研究

王俊伟

（山西焦煤汾西矿业宜兴煤业，山西 孝义 032300）

宜兴煤矿从投产以来，综采放顶煤技术、煤巷综掘、岩巷机械化作业线在井下得到应用和长足的发展，取得了巨大的经济效益。在大断面岩巷机械化方面也做了有益的探索和尝试，以CMJ2-17液压掘进钻车、ZCY-60全液压侧卸式装岩机和扒装机为主要配套设备的大断面岩巷机械化作业线在-700西大巷的成功应用，解决了在大断面岩巷施工中所遇到的设备不配套、施工进度慢等难题，积累了一定的经验。

1 概况

1.1 工程概况

-700西大巷掘进层位于太原组的七灰到山西组的顶部，巷道穿过的岩层主要有灰岩、砂岩、粉砂岩、粘土岩、煤和泥岩。巷道为半圆拱锚喷支护断面，巷道净宽4800mm，墙高1650mm，喷厚150mm，掘进断面19.4m2，净断面16.96m2。

1.2 常见的岩巷机械化作业线

以往普遍采用的岩巷机械化作业线以CTH10-2F型液压钻车、ZC-7型侧卸式装岩机、梭车或皮带转载机为主要配套设备。因CTH10-2F型液压钻车水平钻进最大高度为3.53m，只能适用于小于14m2的断面。随着综放技术的发展，巷道断面有不断扩大的趋势，如何提高掘进速度和机械化水平显得尤为重要。大断面（S＞14m2）岩巷机械化作业线的施工工艺和施工技术，需进一步的探索和研究。

2 作业线施工装备

目前适用于巷道断面大于14m2以上的液压钻车，国产的主要有CMJ2-17液压掘进钻车，其最大适用宽度6.15m，最大适用高度4.2m；ZCY-60全液压侧卸式装岩机与ZC-7等型号相比，其铲斗容积与当前运输矿车的容积基本上相匹配（1.2:1）。

3 出矸系统工艺设计

大断面岩巷掘进工作面的排矸速度是影响掘进速度的主要因素之一。在大断面岩巷机械化作业线中，根据现场实际，在传统的梭车或仓式列车转载出矸系统和扒装机出矸系统的基础上，设计出侧卸式装岩机与扒装机出矸配套的出矸系统，其工艺流程如下图1所示。

在矿车供应充足的情况下，侧卸式装岩机可直接向矿车装矸；如矿车供应不及时，为缩短循环时间，侧卸式装岩机迎头装矸后卸矸至扒装机前，矿车送到后由扒装机装矸至矿车，保证了排矸系统的畅通。

图1 出矸工艺流程图

4 作业线施工工艺方案分析

4.1 打眼放炮

CMJ2-17液压掘进钻车经扒装机右侧进入工作面按爆破说明书要求打全茬炮眼，并设定好相关的爆破参数。

4.2 临时支护及施工锚杆

放炮后严格执行敲帮问顶制度，人员进入工作面先用长把工具找掉迎头及顶帮的浮矸活石。临时支护使用吊挂式撅顶道及安全点柱（各5根）。吊挂式撅顶道采用2英寸钢管加工，长度为4 m，配用6分钢丝绳制作绳头，长度不少于500mm。安全点柱为矿自制的带有初撑力可伸缩的金属安全点柱。撅顶道与顶板之间用半圆木接实接牢，安全点柱应上下接实顶底板，巷道超高时应穿鞋戴帽。

在以全液压钻车为主，侧卸式装岩机相配套的大断面岩巷机械化作业线中，理论上也可采用液压钻车打锚杆眼，但放炮后必须将迎头矸石出净，液压钻车方能进入工作面打眼，工时利用率低，空顶时间较长，不能及时支护。而凿岩机不需将迎头矸石出净即可打眼，故现场选用7655型凿岩机打锚杆眼。注树脂锚杆时，应先将锚杆眼用压风冲洗干净，用锚杆将锚固剂送入眼底后，再用手扳钻旋转30s注入，用小木楔将锚杆杆体楔住，取下气扳机，15min上好托板旋紧螺母。锚杆间排距700×700mm，树脂锚固剂选用Z2835型（Φ28 ×350mm）。拱顶锚杆距迎头距离不得超过一个锚杆的排距，帮部不得超过两排锚杆的排距。严禁空帮空顶作业。

4.3 装岩和矸石运输

采用一台ZCY-60全液压侧卸式装岩机及一台P-90B耙斗装载机进行装岩作业。液压侧卸装岩机经扒矸机右侧进入迎头。矸石装入矿车后，由CXT-5/6型蓄电池电机车运至-700西大巷口，一次牵引矿车数为15个，然后由架线式电机车拉到副井底升井。

4.4 喷浆支护

选用转子II型喷浆机进行喷浆作业，喷浆料配比水泥:黄沙:石子=1:2:2，水灰比为0.45，速凝剂用量为水泥用量的3.8～4.2%，水泥标号为425#普通硅酸盐水泥，喷射混凝土厚度150mm。

4.5 劳动组织及循环

采用二掘一喷的正规循环方式，清头交窑，一次成巷，正规循环率不低于80%，循环进尺1.7m，月单进81.6m。

5 机械作业线的特点与效果分析

5.1 机械作业线的特点

该作业线引入扒装机后，特点非常明显：（1）可实现最大限度的工序平行作业。即使掘进迎头暂时缺车皮，侧卸式装岩机可利用扒装机前的左侧空间将矸石卸至扒装机前，实现将迎头矸石及时掏出，而不影响迎头循环正常进行；使用凿岩机打迎头上部锚杆眼，不需要将迎头矸石出净，可实现打锚杆与出矸平行作业。（2）出矸系统可靠性高。出矸是影响掘进速度的主要工序，即使侧卸式装岩机或扒装机因故障停机，也不会因此而产生“瓶颈”，扒装机或侧卸式装岩机可替代出矸，保证出矸系统正常排矸。（3）减少侧卸式装岩机在掘进迎头与装车点间来回行走。不仅改善了现场作业环境，减少了因侧卸式装岩机来回行走造成的淤泥积水，而且可以降低侧卸装岩机的事故率，提高其使用寿命。（4）与梭车或仓式列车、皮带转载相比，设备所占空间较小，投入仅为它们的1/3和l/10。全液压钻车与全液压侧卸装岩机在扒装机前会车，因全液压钻车宽度大于侧卸式装岩机，设计巷道宽度时考虑全液压侧卸式装岩机从扒装机处通过时的最小宽度。根据《煤矿安全规程》移动设备的安全间隙不小于300mm的规定，巷道宽度B≥0.3+1.5+0.3+1.85+0.3=4.25m。巷道墙高为所选扒装机和全液压侧卸装岩机高度1.65m，如降低巷道墙高至1.4m，则为保证安全间隙，巷道宽度取4.5m。所以，本机械化作业线适用巷道宽度为4.25～4.5m，墙高为1.4～1.65m的半圆拱巷道断面，即断面大于14.1m2的半圆拱巷道。

5.2 应用效果分析

该作业线与炮掘相比，效果明显：（1）掘进速度提高2倍。使用期间平均月进尺80m，而炮掘只有40m左右。（2）用工明显减少，迎头直接工人数每班减少5～7人，提高了劳动效率。（3）降低了工人的劳动强度。（4）经济效益明显。该作业线费用为2339.5元/m，而炮掘为3202.7元/m，节约863.2元/m。

6 结语

本文以宜兴煤矿大断面岩巷为研究对象，提出了大断面岩巷机械化作业线方案并将其进行了实践应用的研究，主要从作业线施工装备、出矸系统工艺设计和作业线施工工艺方案三方面进行了优化设计。实践结果表明：该机械化作业线方案是成功的，设备配套合理，掘进速度快，经济效益明显，具有普遍的推广应用价值。