北辛窯煤礦大傾角下山掘進(jìn)巷道
出矸工藝的研究與應(yīng)用
一、立項(xiàng)原因及背景
1、北辛窯14采區(qū)回風(fēng)大巷Ⅰ段，位于2煤南翼帶式輸送機(jī)大巷東側(cè)，10#聯(lián)絡(luò)巷南側(cè)開(kāi)口，巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約206.4m。按-25°下山掘進(jìn)154m。巷道2020年4月下旬開(kāi)始掘進(jìn)，2020年9月竣工。由于巷道傾角25°，為急傾斜巷道，對(duì)于施工這樣大坡度、長(zhǎng)距離下山巷道，能快速、有效的將矸石運(yùn)出成為一個(gè)擺在我們面前的一道難題。
2、由于普通耙?guī)r機(jī)（耙斗式裝巖機(jī)）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障率低、使用和維護(hù)的費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，在中小煤礦普遍采用耙?guī)r機(jī)完成工作面爆破后運(yùn)矸、裝矸的任務(wù)，并且創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是，耙?guī)r機(jī)使用的鋼絲繩和工作面尾輪等接觸部位易產(chǎn)生火花，尤其當(dāng)鋼絲繩超期使用時(shí)更加明顯，給掘進(jìn)工作面帶來(lái)極大的安全隱患，普通耙?guī)r機(jī)已不適應(yīng)現(xiàn)代快速施工工藝的需耍，尤其在傾斜巷道下山掘進(jìn)的進(jìn)度、安全、效益等方血表現(xiàn)最為突岀。如何運(yùn)用一種技術(shù)先進(jìn)、符合安全生產(chǎn)、對(duì)掘進(jìn)作面有較強(qiáng)適應(yīng)性和故障率相對(duì)較低的設(shè)備來(lái)替代耙?guī)r機(jī)，成為擺在我們面前比較棘手的一個(gè)難題。
3、由于巷道為急傾斜下山巷道，平均坡度為25°，下山掘進(jìn)154m，施工這樣大傾角巷道第一個(gè)制約因素便是運(yùn)輸問(wèn)題。如果在巷道穩(wěn)設(shè)臨時(shí)皮帶，除了安裝及維護(hù)成本費(fèi)用高，最重要因素為：①矸石向下滾落傷人②矸石滾動(dòng)下滑飛出皮帶。③皮帶自動(dòng)下滑、停不了車(chē)等問(wèn)題。所以大傾角下山巷道快速、安全運(yùn)輸問(wèn)題，是一個(gè)必須解決的問(wèn)題。
二、研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)
（一）研究?jī)?nèi)容
為解決傾斜巷道施工中出矸的問(wèn)題，加快巷道掘逬，14采區(qū)回風(fēng)巷大膽采用ZWY-120 履帶挖掘式裝載機(jī)以及KFV1.8–6型翻斗式礦車(chē)聯(lián)合使用，探索使用全新施工工藝，解決了快速裝巖及安全有效出矸的難題。ZWY-120履帶裝載機(jī)靠履帶推進(jìn)鏟取巖石，并通過(guò)鏟斗將巖石扒進(jìn)自身的刮板輸送機(jī)，輸送機(jī)從尾部將巖石卸入KFV1.8–6型翻斗式礦車(chē)，翻斗式礦車(chē)預(yù)停在提前鋪好的鐵軌上，等待裝滿矸石，給巷口絞車(chē)司機(jī)發(fā)出開(kāi)車(chē)信號(hào)，40KW絞車(chē)司機(jī)接到開(kāi)車(chē)信號(hào)，將翻斗式礦車(chē)快速提升上來(lái)，停好車(chē)，打好眼，將矸石卸載到40T鐵溜子上，轉(zhuǎn)運(yùn)至地面。
1、ZWY-120/55L型煤礦用挖掘式裝載機(jī)（履帶式大坡度用）是由機(jī)械手與輸送機(jī)相接合，扒渣和輸送裝車(chē)功能合二為一，采用電動(dòng)全液壓控制系統(tǒng)和生產(chǎn)裝置，具有安全、能耗小、效率高的特點(diǎn)。挖掘式裝載機(jī)是礦山及小型遂道必不可少的先進(jìn)采礦裝備，是人工和其它機(jī)械的替代產(chǎn)品。該機(jī)靠履帶推進(jìn)鏟取巖石，并通過(guò)鏟斗將巖石扒進(jìn)自身的刮板輸送機(jī)，輸送機(jī)從尾部將巖石卸入KFV1.1–6型翻斗式礦車(chē)、皮帶或其它轉(zhuǎn)載設(shè)備上，同時(shí)也可利用反鏟挖掘臂扒取遠(yuǎn)處的巖石，也可以用鏟斗來(lái)清理工作面，適用于斷面為3×3米以上的大中型巷道，功率大、裝車(chē)速度快；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；人性化設(shè)計(jì)、便于維修；
2、KFV1.1-6型翻斗式礦車(chē)用于裝卸巷道的矸石，須用40KW絞車(chē)牽引。其基本組成為車(chē)箱、車(chē)架、連接器和行走機(jī)構(gòu)。連接器是連接機(jī)車(chē)和礦車(chē)的部件。由插銷(xiāo)連接環(huán)合回轉(zhuǎn)鏈組成。行走機(jī)構(gòu)由4個(gè)車(chē)輪和2 根軸組成的兩個(gè)輪對(duì)。車(chē)箱支承在車(chē)架的翻轉(zhuǎn)軌上，車(chē)箱在翻轉(zhuǎn)軌上翻轉(zhuǎn)卸載。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用、使用方便、只需人力打開(kāi)止動(dòng)板就能很容易地卸下物料。輪軸采用了滾柱軸承，有效地減少了運(yùn)行阻力，用人力即可推動(dòng)。
3、出矸工藝介紹
①本巷道采用鉆眼爆破方法，分次起爆-臨時(shí)支護(hù)-錨網(wǎng)錨噴支護(hù)。
②支護(hù)完，用ZWY-120 履帶挖掘式裝載機(jī)推進(jìn)鏟取巖石，并通過(guò)鏟斗將矸石扒進(jìn)自身的刮板輸送機(jī)，輸送機(jī)尾部將矸石卸入KFV1.1–6型翻斗式礦車(chē)。
③等翻斗式礦車(chē)裝滿矸石，裝載機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，裝載機(jī)位置信號(hào)工與絞車(chē)司機(jī)互發(fā)信號(hào)聯(lián)系好后，絞車(chē)司機(jī)開(kāi)動(dòng)75KW 絞車(chē)，開(kāi)始快速提升翻斗式礦車(chē)至巷口。
④當(dāng)翻斗式礦車(chē)到達(dá)巷口卸車(chē)點(diǎn) 2 米左右位置時(shí)，減速慢行，絞車(chē)司注意及時(shí)停車(chē)，指示工人上好阻車(chē)器并打好眼。
⑤工人檢查礦車(chē)安全無(wú)誤后，打開(kāi)翻斗礦車(chē)限位器，推動(dòng)翻斗使矸石翻入刮板輸送機(jī)，將矸石卸到小溜子上。使用信號(hào)聯(lián)系 30T 刮板輸送機(jī)司機(jī)開(kāi)車(chē)，再經(jīng)皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)至地面。翻斗自動(dòng)復(fù)位后，閉合限位器。然后重新將空車(chē)下放至裝載機(jī)附近，如此反復(fù)工作。
（二）創(chuàng)新點(diǎn)
1、該施工工藝解決了大傾角下山巷到出矸難的問(wèn)題，通過(guò)使用新設(shè)備，調(diào)整工序，探索使用全新施工工藝，很好的解決了快速裝巖及安全有效出矸的難題。能減少工序，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，大大降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也增加了傾斜巷道的循環(huán)率，提高了安全效益和生產(chǎn)效益
2、使用ZWY-120/55L型礦用履帶式裝載機(jī)，替代了普掘巷道耙?guī)r機(jī)出矸的傳統(tǒng)作業(yè)方式，解決了普通耙?guī)r機(jī)移機(jī)跑車(chē)、耙斗機(jī)鋼絲繩和耙斗磨損較快等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)連續(xù)裝載，節(jié)省作業(yè)工序，極大地降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，為巷道的快速掘進(jìn)提供了時(shí)間上的保障。裝載機(jī)一次性將每茬炮矸子全部出凈，且平底質(zhì)量較高，為裝載機(jī)后面的軌道的鋪設(shè)，永久風(fēng)水管路的安裝，水溝及臺(tái)階的施工提供了有利的條件，出矸后工作面干凈整潔，標(biāo)準(zhǔn)化程度得到顯著提高。
3、使用KFV1.8–6型翻斗式礦車(chē)解決了大傾角巷道皮帶運(yùn)輸過(guò)程中的問(wèn)題，能大大節(jié)省穩(wěn)設(shè)皮帶的成本及費(fèi)用，解決了下山巷道皮帶矸石向下滾落傷人的問(wèn)題。
三、應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益
1、經(jīng)濟(jì)效益
①巷道每循環(huán)（2米）爆破實(shí)體巖石約39m3，翻斗式礦車(chē)可裝35斗，以巷道掘進(jìn)至100米處時(shí)計(jì)算，每出一翻斗矸石所需7-8分鐘，因此每循環(huán)矸石需要花費(fèi)4.2小時(shí)。對(duì)比傳統(tǒng)耙?guī)r機(jī)出矸方式，每循環(huán)進(jìn)度至少節(jié)省4個(gè)小時(shí)（包括倒矸時(shí)間），施工進(jìn)度由每天按一個(gè)循環(huán)增加至三天兩個(gè)循環(huán)，平均每天多掘進(jìn)1米進(jìn)度，因此該巷道比計(jì)劃提前20天完成施工，按生產(chǎn)一天費(fèi)用1萬(wàn)元計(jì)算，20天可節(jié)約20余萬(wàn)元。
2、社會(huì)效益:
①挖掘式裝載機(jī)能一次性將每茬炮矸子全部出凈，且平底質(zhì)量較高，為裝載機(jī)后面的軌道的鋪設(shè)，永久風(fēng)水管路的安裝，水溝及臺(tái)階的施工提供了有利的條件，出矸后工作面干凈整潔，工作面標(biāo)準(zhǔn)化程度得到顯著提高。
②ZWY-120 履帶挖掘式裝載機(jī)以及KFV1.8–6型翻斗式礦車(chē)聯(lián)合使用的應(yīng)用，很大的節(jié)省了人力、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。挖掘式裝載機(jī)是新一代履帶行走的無(wú)軌裝載設(shè)備，具有挖掘力大、機(jī)動(dòng)性好、全斷面作業(yè)、安全性好、一機(jī)多用等特點(diǎn)，可以機(jī)械集矸及運(yùn)輸矸石，迎頭僅需三人就可快速完成出矸，即挖掘裝載機(jī)司機(jī)、指揮、轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)及電纜看護(hù)各一人。因無(wú)需人力挪移導(dǎo)向輪及拽繩，故勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。極大地降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。使用KFV1.8–6型翻斗式礦車(chē)解決了大傾角巷道皮帶運(yùn)輸過(guò)程中的問(wèn)題，不僅能大大節(jié)省穩(wěn)設(shè)皮帶的成本及費(fèi)用，還解決了下山巷道皮帶矸石向下滾落傷人的問(wèn)題。
四、總體性能指標(biāo)
實(shí)際生產(chǎn)中，該出矸工藝很好的解決了大傾角下山巷道出矸難的問(wèn)題，新設(shè)備的應(yīng)用完全替代了耙?guī)r機(jī)出矸的傳統(tǒng)作業(yè)方式，大大加快了出矸速度，提高了工作效率。由于裝矸及時(shí)，避免工作面矸石堆積，有利于輪尺看線及下部炮眼的鉆進(jìn)，提高光爆效果，保證工程質(zhì)量，排除安全隱患，為生產(chǎn)準(zhǔn)備的正常銜接提供了有力保障，同時(shí)，創(chuàng)造社會(huì)和安全效益明顯。
五、存在問(wèn)題及推廣前景
在14采區(qū)回風(fēng)巷I段的施工過(guò)程中，該工藝的研究與的應(yīng)用取得了良好的效果。同時(shí)，在掘進(jìn)距離不超過(guò)150米的巷道，該施工工藝能實(shí)現(xiàn)快速提升，比起耙?guī)r機(jī)出矸及皮帶運(yùn)輸能很大的節(jié)省時(shí)間，降低成本，但在超過(guò)150米的巷道掘進(jìn)中，出矸速度較慢，影響工程施工進(jìn)度，還需進(jìn)一步改善及提高。
