全断面硬岩掘进机在淮南矿业集团的应用

全断面硬岩掘进机在淮南矿业集团的应用

胡冰

淮南矿业集团生产部安徽淮南232001

摘要：淮南矿业集团作为华东地区最大的煤炭基地，在掘进机的选择方面一直秉承“先进、适用、集成、经济”的装备选型配套原则，全面落实以市场为导向、以效益为中心、全面从严从紧的管理思想，盘活存量，按照系列化、成套化、通用化的要求。

关键词：淮南矿业集团；煤炭；掘进机

1.工作原理

煤矿全断面硬岩掘进机（TunnelBoringMachine），利用旋转刀盘上的滚刀挤压剪切破岩，通过旋转刀盘上的铲斗齿卷起石渣，落入主机皮带机上向后输送，再通过连续皮带机运走。适合岩石强度60～160MPa，断裂带、破碎带少，稳定性好，基本无水的煤矿巷道施工，可以较好的解决煤矿硬岩巷道的快速施工问题。设备由刀盘、驱动、护盾、大梁、撑紧推进机构、后支撑机构、后配套拖车等主要构件组成，设有出渣系统、防尘系统、支护系统、物料输送系统、导向系统、液压系统、润滑系统、冷却系统、电气系统等[1]。

2.不同工作面的配套要求

2.1岩巷综掘作业线

适用条件：长度大于500m，断面≥14m2，岩石坚硬系数≤6，坡度±150以内的砂质泥岩及泥岩巷道。配置标准：标准配置EBZ260综掘机，除尘风量≥500m3/min的除尘风机，胶带机（带宽800mm/1000mm），变频调速无极绳绞车（牵引力90KN/120KN）。选配：机载临时支护、履带式液压锚杆钻车、机载锚杆钻机。

2.2岩巷液压钻车作业线

适用条件：长度大于400m，断面≥14m2，岩石坚硬系数≥6，坡度±100以内的砂岩、灰岩巷道。配置标准：标准配置CMJ2-30液压钻车，耙矸机（P-60/P-90），喷浆机（PZ-6、PZ-7型及湿式），胶带机（带宽800mm/1000mm），变频调速无极绳绞车（牵引力90KN），选配蓄电池式电机车（5t/8t）。

2.3岩巷炮掘机械化作业线

适用条件：断面≥14m2，岩石坚硬系数≥6，坡度±100以内的砂岩、灰岩巷道。配置标准：标准配置钻装机，胶带机（带宽800mm/1000mm），喷浆机（PZ-6、PZ-7型及湿式），变频调速无极绳绞车（牵引力90KN），选配蓄电池式电机车（5t/8t）。

3.案例说明

3.1岩巷综掘线

张集矿14126工作面高抽巷综掘作业线，平均月进尺260米以上，其中2011年10月份月进尺389米。

3.1.1工程概况

巷道设计长度1420米，支护断面4.4米（宽）×3.0米（高），锚索网支护。巷道布置层位主要为砂泥岩互层、砂岩、泥岩。

3.1.2施工装备

使用三一重装EBZ-200H型国产岩巷综掘机综掘施工，多级皮带机排矸，无极绳绞车运输辅助材料。

3.1.3主要技术措施

强化地质保障。提高地质预报准确率，施工中坚持“边探边掘”，准确掌握巷道顶（底）板一定范围内岩性情况，选择适宜层位利于综掘施工。支护参数优化。根据巷道顶板岩性，合理选择支护形式及参数，实现支得快、支得省。皮带系统的改进。对变坡点处的H架采用钢丝绳将H架吊起或使用加长的H架；增加防跑偏及压带装置，加大了皮带与托辊的接触面，减小了皮带在下变坡点易飘、易偏的现象，防止了矸石的掉落[2]。

3.2液压钻车作业线

新庄孜矿-812m66313底板巷液压钻车作业线，2011年平均月进尺90米以上，单循环单进在2.0米以上，其中2011年8月份实现月进尺120米。

3.2.1工程概况

巷道设计长度1100米，巷道支护断面4.8米（宽）×3.9米（高）,支护形式为锚喷网支护，Φ20×2200mm高强锚杆，锚杆间排距700mm×700mm，喷厚100mm。巷道层位岩性为中粗粒石英砂岩，硬度系数f=8～10。

3.2.2施工装备及工艺

施工装备：使用CMJ17液压钻车打眼，ZCD—60R型侧装机辅助装岩及平底，PB-90耙矸机+电机车排矸。工艺流程：安全检查→倒、出矸→侧装机平底→液压钻车进至迎头→钻车打眼→挂防护网→找顶、清底→扫眼、装药、联线→警戒、爆破、通风→安全检查→顶部锚网支护→喷浆。

3.2.3主要技术措施

优化爆破参数及装药方式等。采用中深孔爆破技术，双楔形斜眼掏槽，一阶掏槽斜眼深度1.8米、6个，二阶掏槽斜眼深度2.5米、4个,其它炮眼深度2.3米，增加三个中空眼深度2.5米。采用高威力水胶炸药,反向装药。应用光面爆破技术，提高打眼质量。使用炮泥机制作炮泥，提高炮眼封堵质量。单循环进尺为2.1米,炮眼利用率达到91%以上。合理选择支护参数。根据全断面砂岩，岩性坚硬且整体性好的围岩条件，拱部锚杆间排距为800mm×800mm，帮部为900mm×900mm。对设备进行技术创新。改进电缆拖动方法，采用“滑轮+慢绞”电缆拖动法，实现了电缆自动滑行，解决了传统电缆拖动方法存在的问题和减少了用工。对液压钻车部分零件加以改进，为便于现场操作方便，对操作手柄方向及位置进行了改进，将左、右臂供水系统方式改为各自单独供水，还对液压凿岩机经常出现问题的侧注水和蓄能器进行了改进。

3.3传统炮掘作业线

张集矿17256底抽巷炮掘作业线，平均月进尺190米以上，其中2009年5月份月进尺270米。

3.3.1工程概况

巷道设计长度1890米，巷道支护断面3.5米（宽）×3.0米（高），支护方式为锚梁（索）网支护，φ20×1800mm锚杆，间排距是800mm×800mm，顶部是M3钢带，L=3400mm，锚索规格是φ18×6300mm，按2-0-2布置。巷道岩性较稳定，主要为砂质泥岩、砂泥岩互层。

3.3.2施工装备及工艺

施工装备：采用YT-28气腿式风动凿岩机打眼，MQT120锚杆机打拱部锚杆，P-60B耙矸机+皮带机+落地矸石仓+1.5T矿车出矸。工艺流程:打上部眼→倒矸→打帮部锚杆挂网→打下部眼→装药联线→放炮→敲帮问顶→打顶部锚杆挂网。帮部其余锚杆在停头成巷期间一次性补打，非皮带机一帮锚网可滞于耙矸机后补打。

3.3.3主要技术措施

优化炮眼布置及爆破参数等。采用2.5米钻杆打眼，掏槽眼2.3米，眼径Φ42mm，辅助眼2.1米，眼径Φ35mm。三级煤矿许用水胶炸药，反向装药，单循环进尺1.8米，日进尺10.8米。合理选择巷道断面。巷道原设计为直墙半圆拱形，在施工过程中发现，顶板有一层0.8米厚的泥岩伪顶，施工中很难留住，结合实际，经过优化选择，设计变更为矩形断面，直接跟着砂岩顶施工。优化支护方式和支护参数。由于巷道顶板为砂岩，比较稳定，锚杆间排距由原来的800mm×800mm简化为顶部800×900mm(Φ18×1800mm),帮部1100×900mm

(Φ20×1800mm)，挂网由原来的全断面挂网简化为帮部1.5米以下不挂网。选择部分工序平行作业。采用分次支护方式，即迎头每循环支护顶板，帮部锚杆和锚索施工滞后四排，且帮部仅施工上部二根锚杆，其余锚杆在停头钉道时一并完成，最大限度延长平行作业时间。通过皮带机出矸，做到迎头打眼、倒矸、运矸、装矸等工序平行作业[3]。

4.技术展望

淮南矿业集团一直坚持“宜综则综，宜炮则炮”，大力推广岩巷机械化，提高施工效率。选择综掘施工时，必须要的是注意，一是选择性能优良的综掘机，管好用好现有设备，二是充分分析、优选巷道层位，三是优化建立连续的出矸系统，四是科学选择支护方式与支护参数。炮掘方面推广液压钻车及钻装机，优化作业线装备配置。推广液压锚杆（索）钻车。目前两臂锚杆锚索钻车在岩巷综掘已经应用，效果较好，提高了岩巷掘进的支护机械化率。

中长期方面：（1）炮掘方面，深孔炮掘是趋势，深孔掏槽技术和破岩机理研究是关键，掘、装、支作业线装备研发是重点；（2）综掘方面，传统综掘机的破岩方式研究及全断面硬岩掘进机与顶管机的适应性研究，全断面硬岩掘进机是当今世界公认的快速开挖隧洞的最有效机具，现阶段虽能实现，但设备结构复杂，成本高，对巷道的岩石性质、长度、倾角及断面等均有一定要求，下一步将加强适应性研究；（3）设备自动化和远程化研究，能够实现远程控制和可视化管理。

5.结束语

随着国内外科学技术的发展，岩巷施工“四新”方面会不断进步、提升，需要我们通过互联网、现场调研、技术交流等多种渠道了解、掌握，及时引进，确保集团公司岩巷施工技术、装备保持国内领先水平。

参考文献：

[1]祁同明.矿山掘进机的应用[J]科技信息，2010，17：125.

[2]张纯喜.全断面硬岩掘进机的发展[J]:中国科技博览,2017.11.201

[3]王玉柱.淮南矿业集团岩巷快速掘进技术体系[J].煤炭机械，2011.3.111-113.