sci论文刊发浅析掘进技术在煤矿的应用研究

　　摘要：巷道快速掘进就是采用合理的掘进破岩、装运和支护技术,科学管理施工各个工序,使每个工序用时最少、各个工序之间转换顺畅,使巷道施工技术和组织管理优势都能够良好发挥。陈四楼矿通过改进传统的“二掘一喷”施工工艺为“一掘一初喷+复喷”,优化劳动组织,采用双循环作业法、特殊工种循环作业图表等技术手段,保证生产组织的良性推进,实现了岩巷炮掘单进水平的提升。

　　关键词：岩巷快速掘进;劳动组织优化;双循环作业法;特殊工种循环作业

　　目前,国内岩巷施工仍以钻爆法为主,而以钻爆法为主的岩巷机械化作业线主要有2种:①传统的气腿式凿岩机配耙斗式或铲斗式装岩机作业线;②全液压钻车配侧卸装岩机作业线。第1种在我国应用较多,掘进速度一般为60~70 m/月。第2种在我国应用较少,掘进速度一般为80~100 m/月。由于施工工艺、施工组织管理等方面的制约,第1种传统的钻爆法单进水平一直处于较低的水平。近年来,随着中深孔爆破技术的推广应用,岩巷炮掘单进水平取得突飞猛进[1]。永煤公司引进中深孔爆破技术试验成功,由月单进60~70 m提升了到百米以上。但是,如何在此基础上突破制约瓶颈,进一步提升岩巷炮掘单进水平,已成为亟待解决的技术难题。

　　1　工程概况

　　陈四楼煤矿是河南煤业化工集团永煤公司的第1对生产矿井, 1997年正式投产,设计生产能力240万t/a。北部东翼集中胶带巷是陈四楼矿北十采区的1条主要运输巷,巷道断面为直墙半圆拱形,规格为4 200 mm×3 600 mm。该掘进工作面岩性为砂质泥岩、中细粒砂岩。巷道采用锚网喷支护,锚杆间排距为800 mm×800 mm,误差不大于100 mm。拱部锚杆锚固力不小于120 kN,预紧力矩不小于200Nm;帮锚杆锚固力不小于100 kN,预紧力矩不小于150 Nm。打锚杆时拱基线以上拱部铺设金属网片,两帮直墙部分不挂网,金属网规格2 000mm×1 000mm,网目100mm×100mm,搭接100mm,扎丝间距300 mm,采用双股14#铁丝双边绑扎。

　　2　快速掘进装备及材料配备

　　采用“一掘一初喷+复喷”施工工艺,其装备及材料配备为: YTP-26型风动凿岩机6台(2台备用); 2·4/2·6 m钻杆;一字型钻头; P-90B型斗式耙矸机1台;MQT-130CM型锚杆机2台; PC5T喷浆机2台(1台备用);G10型风镐2台; JZB-600型激光指向仪1台,炮泥机1台。 35 mm×200 mm二级煤矿许用水胶炸药; 8号金属壳(Ⅰ—Ⅲ段)雷管,毫秒延期电雷管;MFB-150隔爆型爆破发爆器1台。

　　3　实现快速掘进的关键环节

　　3·1　施工工艺(1)工艺流程。对传统的施工工艺流程进行细化、优化,科学组织,最大限度地安排平行作业。由技术负责人现场跟班,优化工序间的衔接,摒弃窝工现象,测试优化后各工序的耗时。经试验测试将正规循环细化为“打上部眼(出矸)→耙下部矸→打下部眼(出矸)→打帮锚(出矸)→连线装药→爆破→打顶锚(出矸)→初喷”,完成该“八工序”视为完成1个小循环。

　　(2)劳动组织。将传统的“三八”作业制改为“四八”交叉平行作业制。在原2个掘进班、1个喷浆班的基础上增加1个交叉掘进班。3个掘进班实行“三八”作业制,每班掘进完成1个小循环。喷浆班与交叉掘进班平行作业,不单独占用时间。该作业方式的劳动组织形式暂称之为“四八”交叉平行作业制。交叉掘进班在耙矸机前掘进,喷浆班在耙矸机后复喷成巷。掘进班每班出勤18人,喷浆班每班出勤15人,交叉掘进班出勤8人。

　　(3)作业方式。改进传统的作业方式“一掘一锚,二掘一喷”(2个班掘进, 1个班挖基础和喷射混凝土成巷)为“一掘一初喷+复喷”(3个班掘进,喷浆班与交叉掘进班利用巷道耙矸机前后的空间进行交叉平行作业)。将锚喷巷道的喷射混凝土工序部分与掘进工序平行作业,增加喷浆机,工作面初喷和耙矸机后成巷施工同时进行。

　　3·2　爆破技术

　　推行中深孔全断面一次爆破技术,改进传统岩巷掘进工艺,使生产逐步从传统的台阶法施工和浅眼多循环的框架中解放出来,提高了单循环进尺,减少了循环次数和辅助作业时间[2]。通过不断试验、摸索、改进,掌握了适合不同岩性中深孔爆破技术的炮眼布置、深度、装药量、封泥长度等爆破参数,解决了常见的“抽炮”难题,岩巷光爆成型质量大幅度提升,炮眼利用率由原来的85%提高了10余个百分点。单循环进尺可增加0·3~0·7 m,每月按70个循环计算,月度岩巷进尺可增加30余m。

　　单循环进尺增加,爆破出的矸石量增加,出矸难成为制约单循环持续、良性推进的瓶颈。一方面通过加强岩巷光爆管理,减少超挖量;另一方面采取激励措施,对每班出矸量车数设台阶增加分值,充分调动了每班出矸积极性。

　　3·3　双循环作业法

　　坚持正规循环作业,采用“双循环作业法”,小循环为大循环创造条件,大循环为小循环打好基础,大循环套小循环,大小循环相辅相成。“双循环作业法”使掘进工艺持续、良性推进,小循环正规循环率在90%以上,大循环正规循环率在95%以上。

　　(1)小循环。掘进班完成“八工序”为完成1个小循环,小循环进尺1·6~2·4 m;每个圆班完成3个小循环,合计进尺5·0~7·2 m。小循环拱部每排打顶锚杆7根,两帮每排打4根帮锚杆(爆破前打帮锚杆)。拱部挂网,两帮不挂网,爆破后挂网打顶锚杆永久支护到掘进面,初喷至覆盖网片为宜。

　　(2)大循环。在掘进班掘进小循环良性推进的积极配合下,喷浆班每5 d完成“铺道、移耙矸机、复喷成巷”为1个大循环,大循环进尺25~35 m。

　　3·4　管理机制和方法

　　3·4·1　内部市场化机制“三化”管理是企业管理的根本,内部市场化是永煤迅速发展壮大的法宝之一,将内部市场化管理机制推向班组、个人,强化了职工的成本意识。

　　(1)细化职责,加强考核。在矿内部市场化平台的基础上,该队加强精细化管理,细化考核单元。

　　材料消耗被纳入市场化机制,实现“区队对班组、班组对个人”考核,形成了人人头上有指标的管理模式。在配件消耗上,设备、工具包机到人,编号管理,建立考核台账。对维修配件费用消耗进行考核,由区队考核班组,班组再考核到个人。

　　(2)狠抓现场,加强管理。区队成本管控,关键看工作现场。为严控成本,该矿从岩巷光爆、顶帮锚间排距管理入手,严格成本管控。从施工工艺等源头上,每个区队都严格控制材料投入,努力降低生产成本;在管理细节上,确保每个区队都做到精细化管理,提高工效。

　　3·4·2　动车组管理法

　　动车组不仅需要火车头,还要拥有各节车厢的驱动装置来提供动力,实现高速行进。采用“动车组管理法”,通过科学组织、统筹安排,充分挖掘生产班组间、生产班组内各工种内部潜力,调动各生产组织环节的积极性,实现同向合力最大化。

　　(1)多台施工机械设备配套使用。耙矸机、喷浆机、锚杆钻机、凿岩机、电机车和激光定向仪等多台机械设备配套使用方案的实施,是快速、高效率掘进的基础。高素质、熟练操作各种机械设备的掘进队伍是确保快速、高效率掘进的关键。

　　(2)精细化、优化各工种工序衔接。编制各工种循环作业图表,提升单工种工效。对各工种作业工序科学组织、优化设计,把凿岩机司机、插钎工、耙矸机司机、背药工、推车工、喷浆工等工种工序制成循环作业图表,让各工种员工知道自己怎样干,怎样提高作业效率,指导各工种提高单工种工效。

　　(3)班组和谐,优化小循环工艺。在正规循环作业图表中,把“为下班备好风水绳”作为交接班的硬指标项,每班可节约30~40 min用于生产。

　　(4)4台凿岩机同时作业。在14·4 m2断面的大巷中布置4台YTP-26型凿岩机同时作业,每台钻机打16~18个炮眼。由验收员配合班组长打出导向眼,使用好导向棍,并指定经验丰富的掘进工专门打掏槽眼、周边眼,确保掏槽眼和周边眼的质量,保证掏槽后深度够,周边成型好。打眼工依据激光导向用轮尺画出眼位,定人、定钻、定钻区域、定责任。

　　打眼工参照导向棍打眼,必须做到准、平、直、齐。

　　(5)多工序平行作业。打眼与装岩平行作业;注锚杆与出矸平行作业;清理底根、刷帮与掘进平行作业;喷浆准备与掘进平行作业,喷浆与掘进平行作业;修整水沟、砌水沟与喷浆平行作业;挪耙矸机与掘进平行作业。

　　(6)加强岩巷光爆、顶帮锚间排距等施工工序管理。从施工工艺源头上控制材料浪费;从管理细节上入手,不断提高员工的节约意识,控制成本。

　　(7)永久道岔的安装,使运输轨道安全质量大幅提升,保证了运输线路畅通、安全、高效;平巷使用小电机车,节省人力,提高出矸效率,打破了战线长、出矸困难的瓶颈。

　　(8)推广应用新型双出口炮泥机、工字钢轨枕等创新成果,减员增效作用明显,铺道方便快捷,达到了修旧利废、节约成本的目的。

　　(9)喷浆机新型自动下料装置的应用,无需人工拨料,降低了人员投入及水泥对操作人员皮肤的腐蚀伤害,减少了混合料的浪费,增加了安全系数,提高了自动化水平。

　　4　快速掘进技术分析

　　近年来采用普通钻爆法、中深孔爆破及快速掘进施工工艺的技术参数对照见表1(每月工作日按26 d计算)。

　　通过对比3种不同施工方法、组织形式,可以得出以下结论:(1)采用中深孔爆破技术,提升了单循环进尺,减少了循环次数和辅助作业时间。

　　(2)改变传统的施工工艺“二掘一喷”为“一掘一初喷+复喷”,每圆班增加1个掘进小循环,提高了掘进循环数,是实现快速掘进的关键。

　　(3)“四八”交叉平行作业制、双循环作业法及动车组管理法等新技术、新工艺的应用以及精细化管理,是实现快速掘进的重要环节。

　　(4)精细化生产环节工序管理,打破制约快速优质掘进的瓶颈。控制各工种循环作业流程,提高单工种工效,各工种协作配合,充分利用巷道,在不同区段进行交叉平行作业,“四八”交叉平行作业制使生产快速推进,实现了巷道质量的动态达标。

　　(5)坚持正规循环作业是快速掘进的保障。施工管理重点是保证掘进班的正规循环,提高正规循环率。保证正规循环的前提是各种配套设备配有备用,这样,设备损坏后可及时修复或更换;调动员工的积极性,使每期进入工作面后充分利用工作时间抢循环。以抓正规循环为中心,全面加强掘进、机电、运输和通风的组织和管理。

　　通过手阀、三通、管路2进入气缸,伸缩杆回缩拉动风门,从而将风门打开;如需要关闭风门时,逆时针拨动手阀,压风通过手阀、三通、管路1进入气缸,伸缩杆伸出,推动风门关闭,从而将风门关闭。手阀1和手阀2安装在风门两侧,从而使风门两侧均能打开和关闭。需说明的是,目前使用的手阀不能自动复位,每次开门或关门后,都要将手阀复位,否则无法打开风门。

　　2　气缸的选型

　　为保证气缸的拉力能把风门打开,气缸的选型很重要。首先确定风门两端的风压差,再用力学公式和圆面积公式计算出气缸的直径。

　　以泉店矿东翼充电硐室回风联巷风门为例,东翼充电硐室回风联巷为木质风门,风门上开有卸压窗,当主要通风机负压为3 kPa时,由于东翼充电硐室风门位于总进风和总回风之间,风门前后静压差达1·46 kPa,即使打开风门上的卸压窗,单人开启风门仍然很困难。由于风门前后巷道变形量可以忽略,风门前后巷道基本平直,根据伯努利方程[1]:Hy=(P1-P2)(V122ρ1-V222ρ2)-(gρm1Z1-gρm2Z2)得出风门受到压力基本来自于静压差,木风门的规格为2 000 mm×2 200 mm,得到风门两端的压力达6 424 N。考虑风门自身阻力,所以需要气缸至少能产生6 500 N的推力和拉力。

　　由于泉店矿井下风门处风管压力一般维持在0·45MPa以上,根据公式F=Pa×S,S=πR2,计算出气缸的直径。可以算出至少需要 135·6 mm的气缸,根据市场上现有的气缸性能指标和风门的自重问题,选择了 150 mm的气缸。

　　3　安装说明

　　该风门开关装置不需要直接与风门固定在一起,如图2所示(管路未画出,可根据巷道形状自行布置)。利用定滑轮折向连接的原理达到开启风门的目的。如果有必要,可在牵引钢丝绳上固定1根钢丝绳连接风门的卸压窗,打开风门前先打开卸压窗,以确保风门开启的安全顺畅。如出现特殊情况没有压风,可保证人工将风门打开。

　　4　应用效果随着技术水平的日益提高及施工工艺的不断提高,相信该装置会进一步改进,使用范围也会进一步扩大。该风门开关装置结构简单,实用经济,便于安装,符合安全方面的要求,同时也解决了人力开启风门困难的问题。以前需要2~3人才能打开的风门,现在只需轻拨手阀,风门就自动打开, 1个人也可安全通过风门,切实解决了生产中的安全问题。该装置已在全矿井推广使用,适合高负压矿井使用。

　　参考文献:

　　[1]　张国枢.通风安全学(修订版)[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2007.

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