連續采煤機配套連續運輸系統在長距離巷道快速掘進中的應用

摘 要  介紹了上灣煤礦在長距離巷道快速掘進中的設備配置、施工工藝和勞動組織，同時就適用條件和施工所采取的措施作了進一步的建議和說明。

關鍵詞 連續采煤機  連續運輸系統  長距離巷道  快速掘進  施工工藝

上灣煤礦位于陜、蒙接壤處的神府東勝煤田，是神華集團神東公司所屬的大型骨干礦井之一，礦井設計生產能力10.0Mt/a。2002年12月開始1-2煤層開采的基本建設，2003年1月上灣煤礦連采一隊單機3巷掘進完成進尺4656m，創國內煤礦單機3巷掘進進尺速度新紀錄，被中國企業聯合會、中國企業家協會收入第九批中國企業新紀錄。

1  巷道及所在煤層及圍巖情況

創造新紀錄所掘的巷道是為服務于上灣井田西翼盤區1-2煤開采的3條集中巷，1條作輔助運輸兼進風巷，1條作膠帶運輸巷，1條作集中回風巷。這3條巷道平行布置，間距在20m之內，均位于1-2煤煤層中，這為機械化掘進創造了條件。掘進地段1-2煤煤厚3.59～6.23m，煤層傾角0～3°，煤層直接頂為砂質泥巖，厚度為0.8～2.78m，老頂以細、粉砂巖為主，部分地段為中粗砂巖，厚度大于20m，直接底為泥巖，老底為砂巖。

1-2煤3條集中巷均為矩形斷面巷道，掘進中每隔50～60m布置施工一條聯絡巷。各巷斷面尺寸（寬×高）分別為：輔助巷5.0m×3.6m，膠運巷5.0m×3.6m，回風巷6.0m×3.6m。巷道布置如圖1所示。
圖1  1-2煤3條集中巷巷道（局部段）平面布置圖

2  施工工藝及施工組織

2.1  施工方法及設備裝備局部段

掘進時采用美國JOY公司生產的12CM15-10D型連續采煤機進行割、落煤，并實現自裝煤；采用DBT公司生產的2000型連續運輸系統將連采機采出的煤炭破碎并轉載至膠帶機上；采用澳大利亞生產的ARO四臂錨桿機進行錨桿支護；采用DBT公司生產的488型鏟車運送材料、設備和巷道內清理的浮煤、淤泥。由此形成連續采煤機掘進割煤、裝煤，連續運輸系統、膠帶機運煤、錨桿機支護、鏟車搬移材料設備以及清理巷道等全部工序的機械化施工作業方法。設備型號及參數如表1所示。

表1  連采掘進工作面主要生產設備技術裝備參數表

序號設備 名稱規格/型號數量主 要 技 術 參 數

1連采機12CM15-10D1生產能力：15～27t/min；總功率：553kW；速度：0～10.7m/min；采高：2.657～4.6m；截割寬度：3.3m；電壓：1100V；工作面傾角范圍：≤5°；走向傾斜度：±17°

2連續運輸系統20001功率：890kW；電壓：1140V；運輸能力：2000t/h

3錨桿機ARO—40RELMB—CWT1功率：2×45kW；采高：2.3～4.6m；巖石硬度：60～70MPa綜合巖層；對地間隙：250mm；最大支撐高度：4000mm； 最大支撐力：20000kg ；最大進給長度：2050mm；鉆桿鉆速：600r/min

4鏟車UN-4881動力來源為蓄電池128V；充電運轉時間：8～10h/次；回轉半徑：內徑3531mm，外徑6655mm；載重：4t

5皮帶機DSP1080/10001運輸能力：800t/h；功率：160kW；長度：1000m ；帶寬：1000mm；帶速：2.5m/s

2.2  掘進與支護工藝

2.2.1 落煤、裝煤工藝

采用連續采煤機進行截割煤和裝煤。司機先開動采煤機調整在巷道前進方向左側，并按激光線確定位置，開始向前方煤壁切割直至割入深度達15m，然后退出；再將采煤機調整到巷道右側，開始截割剩余部分，連采機就是以切槽和采垛工序來完成巷道的掘進。無論是切槽還是采垛工序，連采機截割時，首先將采煤機截割頭調整至巷道頂部，將截割頭切入煤體，然后逐漸調整截割頭高度，由上向下截割煤體，當割到巷道底板時，采煤機稍向后退，割完底煤，使巷道底板平整，并裝完余煤，再將采煤機截割頭調整至巷道頂板，接著進行下一個循環，這樣截割循環往復進行，直至掘進進尺達到規程規定的掘錨循環進尺（一般為15m）時，連采機就得移到下一條巷道進行作業。裝煤采用連續采煤機自裝煤方式。連采機割煤時，煤落入采煤機鏟板的收集頭上，裝在收集頭上的圓盤耙爪連續運轉，將煤裝入采煤機自帶的中部運輸機，中部輸送機將煤裝卸到搭接在連續采煤機后面的連續運輸系統給料破碎機內。

2.2.2 連續運輸工藝及相關工序的應用

通常的連采掘進工作面使用連續采煤機落煤，然后通過梭車或蓄電池運煤車等后配套設備運輸到膠帶輸送機上運輸出去。而實現連續運輸工藝的連采掘進工作面與通常的連采掘進工作面不同的是使用了連續運輸系統這種新型、先進的后配套設備，實現了掘、裝、運連續作業，為快速掘進提供了條件。上灣礦所使用的連續運輸系統由DBT公司生產，總功率890kW，供電電壓1140V，運輸能力2000t/h。該系統由8～10個獨立的運輸轉載單元（MBC和PBC）和一條剛性結構皮帶機尾（RFM和RFM/TP）組成(見圖2)。如為8個獨立單元，則包括4臺移動式橋式輸送機（MBC）和4臺跨騎式橋式輸送機（PBC），搭接后的總長度為86.3m。其中，第1臺移動式橋式輸送機裝有給料破碎機（MBC/FB），緊跟連采機，直接轉載破碎連采機開采的煤炭，最后1臺跨騎式橋式輸送機在90m長的剛性結構膠帶機的機尾架（RFM）上搭接并滑移。剛性結構架（RFM）在機尾部分與膠帶機通常的中間架相連接，作為膠帶機的一部分運行使用。

圖2  連續運輸系統結構圖

掘進煤經過連采機的運輸機轉載至連續運輸系統的第1臺帶有給料破碎機的移動式橋式輸送機（MBC/FB）上，之后再經過互相搭接的4臺跨騎式橋式輸送機（PBC）、3臺移動式橋式輸送機（MBC）、膠帶機尾剛性架（RFM）皮帶輸送至膠帶機的皮帶上。

在掘進工作面，視連續運輸系統在剛性結構架上的滑移位置，決定巷道及膠帶是否需要向前延伸。1-2煤3條集中巷在施工時，為了給集中膠運巷安排與掘進平行作業的鋪砼底板工程，將掘進用膠帶鋪在了回風巷內。掘進時，將回風巷、膠運巷超前，并將聯絡巷掘出。之后掘進輔運巷且必須保證與聯絡巷貫通，然后前移延伸膠帶，通過聯絡巷盡量將輔運和膠運巷按照連續運輸系統的延展長度掘進到位，然后又送出回風巷、掘進聯絡巷并與輔運巷貫通。開聯絡巷時，為了便于連續運輸系統順利通過，可將開口處抹角按2×2m的區域抹成圓弧狀，同時需將聯絡巷與正巷布置成呈60°左右的夾角形式，以方便連續運輸系統通過。

清煤選用488型鏟車清理巷道內的浮煤、淤泥，保證巷道干凈、暢通。

2.2.3 錨桿支護工藝

選用ARO四臂錨桿機來完成打眼和安裝工作。錨桿機與連續采煤機平行作業，錨桿支護盡可能及時，減少巷道頂板懸空空頂時間，一旦采煤機退出一條割煤巷時，錨桿機便立即進入進行支護作業。
打眼前依據激光線將錨桿機調整在巷道的合適位置，同時將鉆架主托架移到距工作面最近一排錨桿，調整排距，停止行走，放下穩定靴，進行前探梁支護。作為臨時支護，根據設計好的錨桿的間、排距，將要打錨桿的位置預先標好，并在鉆桿上標出鉆進的深度。之后在鉆箱上裝好鉆桿，鉆眼達規定的深度，退出鉆桿，先給眼內塞進樹脂藥卷，推到孔底，然后將已上托板和螺母的錨桿尾部套上鉆機，起動鉆機捅破藥卷并攪拌，同時將桿體推至孔底，攪拌后擰緊螺母，使其扭矩、錨固力達到要求。

為了配合長距離巷道的快速掘進，在掘進和運輸設備生產能力有保障的情況下，研究加快支護速度、提高支護質量顯得尤為重要。在2003年的基建生產中，上灣煤礦連采隊在施工1-2煤巷時，遇到巷道淋水、涌水量大而且支護跟不上的問題，采取了幾個面多臺錨桿機平行作業的方式（此時相應增加錨桿機作業人員），減少調機時間和次數，協調好支護與空頂的數量關系，縮短空頂時間，支護質量一次達標不返工，以保證安全，曾創單機日掘進225m 的最好成績。

2.3  施工組織

實行“三八”作業制度，3班作業。檢修視皮帶延伸等情況而定。各班人員安排如表2所示。

表2  各班組人員安排及工種配置

工種及班次生產一班生產二班生產三班檢修班合計

班長兼采煤機司機兼采煤機司機兼采煤機司機兼包機

采煤機司機1111（包機）4

運輸系統司機5555（包機）20

錨桿機司機2222（包機）8

皮帶機司機1111（包機）4

電    工兼皮帶司機兼皮帶司機兼皮帶司機22

輔 助 工   44

管理人員    4

合計（人）9991546

3   技術措施

3.1 選擇錨桿支護

各巷道及聯絡巷均采用樹脂錨桿支護方式支護頂板，錨桿為反麻花端頭錨固，錨桿規格為φ16mm×1800mm，材質為A3圓鋼，M16mm螺母。樹脂藥卷規格為φ23mm×350mm，鐵托盤為120mm×120mm×8mm方托盤。發現頂板有裂隙、離層、易冒落等特殊情況時，加鋼筋鋼帶、金屬網和錨索等加強支護。

其中：集中膠運巷錨桿布置為矩形，每排4根，間排距1000mm×1200mm。

集中輔運巷錨桿布置為矩形，每排4根，間排距為1000mm×1200mm。

集中回風巷錨桿布置為矩形，每排5根，間排距為1000mm×1200mm。

聯絡巷錨桿布置為矩形，每排4根，間排距為1000mm×1200mm。

錨桿支護布置如圖3所示。

圖3  工作面巷道支護斷面圖

3.2  解決長距離通風

3條巷道掘進頭為局部通風，掘到一定距離，通過對聯絡巷進行密閉，可實現兩進一回。每條巷道各使用1臺對旋隔爆軸流式通風機，利用局部通風機進行通風，解決密閉未到之處的通風問題。通過逐段密閉聯絡巷、逐段前移風機的方式，解決長距離局部通風問題。

上灣礦掘進中選用的局部通風機技術特征如表3所示。

表3  對旋隔爆軸流式通風機技術特征

型號2BKJ-NO5.6轉速2930r/min

功率2×18.5kW風量400～200m3/min

電壓380/660V全風壓350～4000Pa

3.3 主、輔運輸

巷道掘到足夠長的距離后，為了保證煤炭運輸的連續性，可以每向前延伸1000～1200m，布置1臺膠帶機相互搭接，提高掘進效率。同時加大膠帶的維護力度，各部膠帶都安設自動控制系統，防跑偏、防堆煤、防煙霧裝置等保護齊全，便于檢修人員發現問題及時處理，從而有效地保證了膠帶的正常運轉。
輔助運輸采用無軌膠輪車，解決長距離送人和材料等工作。長距離掘進時，3條巷道中，1條鋪設膠帶，其余2條均可作為掘進期間的輔助運輸巷道。施工砼底板時，可交替逐段施工，逐段投入使用，兩巷之間通過聯絡巷改變行車線路，做到行車、施工兩不誤。

3.4 供、排水

掘進中供排水管路緊跟掘進面（最多滯后兩個聯絡巷）。掘到足夠長的距離后，視供水出水口壓力，加設管道加壓泵。根據排水情況，選擇標高較低的聯絡巷，打設水倉，通過自流或水泵接力排出污水。

4  結語

高產高效礦井建設的發展要求，勢必對機械化掘進提出更高的要求。隨著井田的大型化、工作面長度的加長、推進速度的加快，要求在采掘關系上，掘進能夠滿足回采接續的要求。為此，利用高可靠性的施工設備和優越的生產地質條件，研究實現長距離的快速掘進，適應礦井生產的快速發展要求，具有極為現實的意義。

上灣煤礦為了縮短基建工期，繼在神東礦區首次采用連續運輸系統作為回采后配套設備后，又首次在長距離掘進工作面進行了嘗試，充分發揮了設備效能，取得了良好的效果，同時在礦區的其他幾個礦得到了推廣應用。采用連續采煤機配套連續運輸系統設備進行3巷或雙巷掘進，完全可以實現長距離巷道的快速掘進，在條件適宜的礦井有著廣泛的推廣應用價值。