岩巷机械化掘进设备在煤矿开采中的应用

吕美花

（山西西山矿业管理有限公司， 山西 太原 030024）

引言

义城煤矿是西山煤电集团资源整合的主要生产矿井之一，核定生产能力90万t。为了响应“多上机械化设备、少上人”的安全管理理念，缓解掘进滞后、生产衔接紧张现状，对传统的运输方式进行技改，从而实现机轨合一，提升矿井采掘运输效率的目的。在运输巷开拓施工过程中，通过应用液压掘进钻车及侧卸式装岩机等采掘机械化设备，实现了岩巷采掘的机械化作业，即降低了工人的施工强度和企业的生产成本。

1 工程概况

义城矿-350 m水平大巷通过技改安装强力胶带运输机兼作轨道运输巷道，实现了机轨合一。巷道设计长1 900 m，采用半圆拱形锚喷支护。结合矿井实际地质情况，巷道断面在支护时采用锚网带+36U型钢+喷浆+锚索复合支护技术，巷道断面形状采用半圆拱形，规格宽×高为5 800 mm×4 300 mm，墙高1 500 mm，净效断面23.65 m2。每排共使用锚杆21根，锚杆采用Φ22 mm×1 800 mm左旋无纵肋螺纹钢锚杆，锚杆间排距0.7 m×0.7m，角度不小于75°。为进一步提高岩巷掘进效率，义城矿装备了两台CMJ2-17液压钻车和ZCY-60侧卸式装岩机，液压钻车宽1.2 m，侧卸式装岩机宽1.3 m。配套施工时为保证错车安全，因此，巷道断面宽度应大于3.9 m。

2 巷道采掘设备装备

1）CMJ2-17矿用履带式液压掘进钻车。该钻车为双臂单动力，采用全液压凿岩系统，安全先进，设有防卡钎装置，凿岩速度快、工作效率高。车身结构紧凑、机动灵活、爬坡能力强，可大幅度改善工作环境，提高施工效率和施工质量。设备适用于6～45 m2断面的工作面、顶板、侧帮、底板的钻凿作业。主电机额定功率为45 kW，液压助力转向为±40°，驱动方式为四轮驱动，最小转弯半径为5 700 mm，整车行走速度为10 km/h，凿孔直径为32～45 mm，钻杆长度为3 090～6 135 mm，行车制动采用两条独立回路。

2）ZCY-60全液压侧卸式装岩机。它具有插入力大、机动性好、全断面作业、安全性好、一机多用等特点。装岩机生产能力为60m3/h，铲斗额定容积为0.6m3，铲斗宽度为1 742 mm，最大卸载高度为1 645 mm，最大卸载角度为50°，最小离地间隙为300 mm，最大卧底深度为550 mm，行走速度为3.2 km/h，爬坡角度为±16°，最大插入力为65 kN，设备总功率为45 kW[1]。

3）CTY5/6.7.9GB防爆特殊型蓄电池电机车。为提高掘进和装运矸整体效率，煤矸石运输采用CTY5/6.7.9GB防爆特殊型蓄电池电机车。整机质量为5 t，轨距为600 mm，牵引力为12.26 kN，速度为7 km/h，电压为90 V，配两组电源，防爆充电器一个，牵引电机为7.5 kW×2台，牵引高度为320 mm，轴距为850 mm,轮距为Φ520 mm，制动方式为机械和电启动。每辆车各配备2台电动机和机车[2]。

3 钻爆法机械化施工工艺

钻爆法机械化施工较传统人工岩巷施工工艺，具有设备构造和工序简单、安全方便、维修容易、适应范围广、易操作、能耗小、污染少、高效高速的优势。使用CMJ2-17履带式液压掘进钻车进行钻眼，选取配套的钻杆和潜孔柱齿钎头，断面布孔数40个，钻孔孔深3.4 m，钻孔直径为Φ45 mm。使用二号矿用乳化炸药进行连续装药，雷管选用1～5段毫秒延期电雷管，采用MFB-100型矿用安全网路闭锁发爆器进行反向起爆。

4 施工工艺比较

4.1 工艺优势

义城矿在岩巷掘进时采用液压掘进钻车+侧卸装岩机+梭式矿车+电机车的全机械化配套作业，较以人工为主的气腿式凿岩机配合耙斗式装岩机作业线，可有效降低工人施工强度，机械化程度高，实现喷、锚、装、排矸等多工序平行、连续作业，工效高、生产能力大、速度快。随着煤矿开采难度的增加，在进行深部大断面岩巷掘进时，深孔掏槽和爆破技术成为主要技术，尤其是爆破时炮孔深度要求达到3 m以上时，气腿式凿岩机已不能达到施工要求。机械化作业与传统施工作业工序对比如图1所示。

图1 掘进施工作业比较图

4.2 人员配备与工作效率

采用传统的巷道掘进施工工艺，巷道掘进需装备两台凿岩机配备工人2人、插钎工4人、P-60B耙矸机司机1人、辅助工人2人，共9人。装备液压掘进钻车和液压侧卸式装岩机，只需各配备司机1人。配备掘进钻车和侧卸装岩机后，只需CMJ2-17全液压掘进钻车司机与ZCY-60型侧卸装岩机司机各1人。工人施工强度大幅降低，一个班降低工人成本7人次。

将-350 m水平运输巷道设计成机轨合一，巷道断面25 m2，宽×高为5 800 mm×4 300 mm，断面炮眼布置85个，每循环进尺为2 m，出矸石量130车。使用机械化配套作业，节约打眼时间2.5 h，装矸时间缩短为3 h，单个循环节约13 h[3]。

4.3 施工强度

传统的人工掘进施工，工人使用凿岩机进行钻眼时，需要3～4人协同作业，每钻完一个眼需两人将钻杆从钻眼中抽出。装矸时需将装矸石矿车推入轨道，再将空车拉入耙斗装岩机倒矸处，工序复杂、强度大，影响掘进效率。通过技改采用CMJ2-17矿用液压掘进钻车和全液压侧卸式装岩机等机械化设备后，仅需两人就可以完成一个班组的工作量，实现了打眼、装岩、转载、运输等主要环节全机械化配套作业，有效降低了工人的施工强度，提高了掘进工作效率[4]。

5 施工效果

义城矿在-350 m水平大巷掘进时首次使用液压掘进钻车和侧卸装岩机时，由于巷道地质条件差、顶板压力大、派生构造频出、巷道起伏拐弯多，顶板时有淋水严重易堵塞钻孔，岩浆排出量大时导致巷道底板浸软比压降低，侧卸装岩机在作业过程中重复铲岩、运岩和装岩；加之岗前培训短工人操作技能不娴熟，施工工艺不熟悉，造成施工工序过长和设备故障，影响了矿井的掘进进尺。后经厂家专业技能培训，工人操作娴熟，提高了工作效率和掘进进度，较以往多推进80 m，实现了掘进工作的安全高效。

6 结语

岩巷机械化采掘设备的应用降低了工人的施工强度，提高了采掘工作效率。掘进施工中使用液压掘进钻车及侧卸装岩机等综合机械化设备，实现了打眼、装岩、转载、运输等主要环节全机械化配套作业，使工人从繁重的体力劳动中彻底解放出来，也满足集团提出的“多上设备少上人，减员提效”的发展理念，实现了煤矿生产的高速高效生产。