煤巷扩修机械化生产线研究与应用

【摘要】随着煤炭市场需求的扩大，特别是采煤设备和采煤技术水平的提高，煤炭生产能力又一次大幅度提高，这使得煤矿的采掘接替及二次支护关系也要求越来越严格和紧张。目前二次支护扩刷依然以传统的手持式风镐为主，完全是依靠人力施工，劳动强度大，劳动效率低。因此，有效地增加煤巷机械化作业线，提升施工速度势在必行。【关键词】巷道;机械化;扩修;生产线1.前言目前绝大多数煤矿二次支护扩刷依然以传统的手持式风镐为主，完全是依靠人力施工，劳动强度大，劳动效率低。另外巷道过长、转运设备多给系统出煤、人工运料带来了不便，人员配置上运料工比重较大，这些都严重制约了巷道的快速掘进。因此，有效地增加煤巷机械化作业线，提升施工速度势在必行。我国单独使用综掘机、挖机在煤矿掘进及二次支护的施工中已经比较成熟，但对与将两者结合形成完整的配套作业线用于二次架棚支护尚属罕见。2.工程背景赵固一矿是目前焦煤公司的主力产煤矿井，经过几年的开采，矿井面临距采区较远通风线路长等问题。赵固一矿北翼回风大巷为半煤岩巷道，原断面为锚索加W钢带支护，扩修前巷道底鼓严重、帮部变形，但顶板成型完好，巷道高度不足2m、巷道断面不足8㎡，返修总长度超过200m，扩刷后毛断面需达到近30㎡才能满足架棚需求。赵固一矿北翼回风大巷返修段长663.2m，煤层厚度5.2m，巷道最大坡度±5°，扩刷净断面宽5.5m，高5.4m。架设U36方环形封闭支架。方环棚净高4619mm，净宽4668mm，底拱弦高819mm，回填后净高3800mm。为保证工程按期交付，经研究决定在传统作业方式上增加机械化生产线，使用综掘机进行超前扩刷煤巷，后方30m处使用小挖机进行卧底出矸作业、其后紧跟人工架棚联合作业。3.机械设备配套该配套作业的原则是提高二次支护工作面技术及装备水平。巷道扩修架棚技术是煤炭开采中的一项重要内容，安全、合理、有效的巷道支护是保证矿井实现高产高效的必要条件，该机械设备组合满足在保证安全的前提下挺高了工作效率、显著减轻了工人劳动强度。3.1综掘机。综掘机型号选型考虑下几个方面的问题：①所选综掘机的生产能力应能满足生产任务的要求;②所选综掘设备应满足快速掘进施工工艺的要求;③所选综掘机型号应满足施工点地质条件，比如说巷道宽度、面积、坡度、岩石硬度、抗压性、巷道支护方式等等;④设备的选用应尽量做到物尽其用即以最低的财政支出，创造最大的工效。采用相应的支护机械和支护技术，及时、迅速、有效地实现快速支护，并使支护与截割最大限度地平行作业，简化出货及运料系统，提高综掘机的开机率，才能大幅度提高掘进速度，故选用EBZ-160型悬臂式综掘机。3.2挖机。巷道支护架棚落底较深，且底板为岩层，综掘机就失去了优势，需要用挖机来配合其进行卧底、挖底拱坑、出矸等作业。由于工作环境的特殊性，选用MWD5.5煤矿液压挖掘机3.3刮板机。由于挖机落底出矸不适用皮带出矸，选用SGB620/40T刮板机满足运输需求。3.4皮带机。根据掘进机的掘进速度及出矸量计算出煤量并预留一部分余量，选择DSJ800/2×55皮带机。3.5无极绳绞车。北翼回风大巷最大坡度为14°，运输线路总长650m，作业线施工速度快，物料运输量大且频繁，选用SQ-120/132B型无极绳机械调速绞车满足运输需求。3.6单轨吊。由于施工进度较快，考虑到人工卸料效率低且不安全，在后方材料运转处，安装单轨吊用以辅助卸料，提高效率增加安全系数。4.施工组织根据机械性能组织人员进行作业，劳动组织采取综合掘进队，三八作业制，每班作业人员分为掘进支护组、挖机落底组、人工架棚组，各组平行作业，保持进度统一。八点班为检修班，对所有施工机械及运输系统进行检修。在检修同时架棚作业不中断，同时组织人员进行材料运输，人工装袋充填等作业。将作业面分为3段：第一段除综掘机扩刷支护段及时扩刷将煤送出掘进工作面外，还需要将大量的材料、设备运往工作面。随着工作面走向长度的加大，用人工运料，时间长、劳动强度大，限制了快速施工。为保证综掘作业线连续均衡地生产，采用以胶带作为牵引承载机构的连续运输设备，利用下部空胶带向综掘工作面运送各种支护材料。大大减轻了工人的劳动强度，加快了巷道的掘进速度。综掘机扩刷后，自上而下由外向里施工两帮滞后的锚索;综掘机及其辅助运输设备长为30m。第二段经综掘机扩刷后作业空间增大，因需要架棚，还需要进一步进行落底作业，这时综掘机就难以发挥，同时底板为岩层，给挖机的使用创造了条件，利用小挖机对硬岩进行破碎、软岩直接进行挖掘，减少劳动强度，显著提高掘进速度。挖机配合刮板输送机，装运功能强，履带行走插入力大，全断面装载，出矸速度可连续作业。根据挖机性能及与其他设备配合需要该段长度为15m。第三段在前方扩刷支护等工序完成的情况下，进行人工架棚充填。将二次支护工序分解后，以人力为主的只有架棚作业，占用时间较大的扩刷、落底、出矸等工序已分解并由机械化高效完成，大大地提高了架棚速度，最高单班架棚达8棚，并且实现了三班不间断架棚。5.详细施工工艺内容5.1施工顺序敲帮问顶→引中心线、腰线→检查顶、帮是否符合设计要求→扩帮→锚网支护→卧底→挖反底拱坑→架棚→回填底拱坑至设计高度→棚后裱褙金属网充填煤（矸）。5.2施工工艺（一）帮部扩刷工艺1、首先检查施工地点的顶底板情况并进行敲幫问顶。对顶板断裂锚杆（索）处补打φ17.8×4200mm点锚索支护。2、扩帮前先对施工地点前后10m范围内电缆进行防护，防止施工过程掉落的煤矸砸坏电缆。3、使用综掘机配合人工进行扩帮，施工前检查综掘机工作状态是否正常，施工范围内杂物清理干净，电缆、管路防护完好，检查完后进行扩帮施工。（二）锚索安装工艺1、根据锚索间排距定好孔位，帮部采用ZQS-50手持式煤帮机打眼，顶板采用MQT-130/3.2锚杆机打眼。打完眼后，装入树脂锚固剂，用鋼绞线逐支轻推至孔底，安上搅拌器搅拌，搅拌时间20～35s，等待8min后，上锚索托盘和索具，采用MQ22-250/MQ18-250风动式锚索预应力张拉机具紧固。（三）卧底施工工艺1、首先检查施工地点的顶底板情况并进行敲帮问顶。要对顶板不稳定的地方及时进行支护。2、巷道卧底自北翼回风大巷（西）开口处开始向西落底至迎头，采用EBZ160型综掘机和人工相结合方式施工，严格按照地测科给定腰线施工。（四）架棚工艺1、架棚前首先对施工地点进行敲帮问顶，顶板岩石破碎段补打锚索进行超前支护，尺量巷道断面规格是否达到设计要求。2、底拱采用风镐进行起底至设计深度，补打底脚锚索、挂金属网。3、锚网至设计后，架设钢棚，安装连接板，上紧螺栓。4、架棚完成后，尺量棚间距、高度、扭矩、前倾后仰。5、尺量棚符合要求后，棚后全断面裱褙单层金属网（充填厚度大于1m时使用双层网裱褙），用编织袋装入煤矸进行充填，充填要褙帮接顶，最后将底板清理至设计高度。6.效益分析6.1时间效益综合机械化生产线的投入，使得原本需要5个月才能完成的工程