大坡度岩巷快速掘进作业线装备配套研究与应用
摘 要：岩巷大坡度下山掘进中，存在着各环节施工较平巷困难，且某些设备不能满足坡度的使用要求，致使掘进效率与单进水平较低，严重制约了矿井新水平的接替。本文对大坡度下山岩巷掘进的特点进行了分析，并确定了适用于大坡度下山快速掘进的作业线配套装备，该配套作业线提高了岩巷掘进的机械化程度与单进水平，降低了职工的劳动强度，改善了掘进工作面的作业环境，具有良好的应用价值。
关键词： 大坡度 下山 岩巷掘进 作业线配套
0 前言
随着矿井服务时间的延长，采掘工程逐步向深部延伸，尤其是新水平、新采区的巷道开拓，其受到地质条件和地应力的影响开始显现，开拓巷道的单进水平将直接影响到矿井水平与采区的衔接。为此，如何依据现有的地质条件，在满足巷道支护要求的同时，试验适应特殊地质条件的岩巷快速掘进作业线，从而提高装运效率和单进水平，将成为缓解矿井生产采掘紧张局面的重要举措。在国内，矿井下山水平开拓巷道通常在20°以下，能够较容易开展掘进机械化装备配套和实现快速掘进。而亨健矿在206采区的下山开拓中，受到F12断层下降落差约160m的制约，将三条采区开拓巷道设计为下山25°掘进，巷道掘进总工程量约1500m。针对该地质条件，对下山巷道开展了大坡度岩巷掘进作业线的配套研究，最终确定了采用“挖掘装载机与侧卸式矿车进行配套，后路设置水平渣仓与耙斗装岩机”的岩巷掘进作业线，提高了大坡度下山掘进的单进水平，保证了矿井采区的正常衔接。
1 工程及地质概况
亨健矿业公司录属于邯郸矿业集团，随着生产能力的提高，采掘衔接凸显紧张，尤其是206采区的衔接列为集团公司重点工程。206采区轨道下山、皮带下山和回风下山均位于205采区下部。巷道采用锚网索加喷浆支护，断面为半圆拱形。巷道规格：净宽4200mm，净高3400mm，净断面12.4m2，毛断面积14m2，三条大坡度25°下山总工程量约1500m，全岩巷掘进。巷道从F12断层下盘开始掘进，依次通过上石盒子组一段、下石盒子组，最后进入山西组煤系地层揭露2#煤层。F12断层落差160米，倾角70o，由断层下盘进入上盘地区，断层上盘地区为一倾向东北的宽缓单斜构造，煤岩层倾向108o,倾角9°～21°，一般15°。巷道在上部车场掘进中将通过F12断层。在下山巷道穿层掘进中，主要通过的含水层包括：上石盒子组一段砂岩含水层，预计涌水量2-10m3/h；下石盒子组底部砂岩含水层，预计涌水量3-20m3/h；2#煤顶板砂岩含水层，预计涌水量3-20m3/h，对下山掘进工作造成一定影响。
2 作业线配套装备的选取
2.1掘进打眼装备
由于轨道下山掘进坡度达25°，若采用液压钻车打眼施工，液压钻车在大坡度下山前进与后退操作较为频繁，液压钻车的自重控制较困难，并且不便于对掘进炮眼和支护眼的定位与钻进，其不适用于大坡度下山的掘进。而岩巷综掘机也由于掘进工序与自重等原因，一般仅能适应上下山巷道在±18°范围的坡度，综掘机的使用也受到限制。因此，采用普通打眼爆破的方法破岩。打眼机具采用YT29型风锤配以￠40mm、￠28mm钻头打掘进眼和帮锚杆眼，压风刺眼器清眼。采用MQT-130/3.0型气动锚杆钻机配以￠28mm钻头打顶
拱部锚杆眼。
2.2掘进装岩装备
在大坡度下山掘进中，若使用原有耙岩机装碴，由于耙装机受耙装角度的影响，单次耙装量小，耙装机需要随着下山掘进而频繁地向前移动，机械装载效率较低，且人员操作不安全，降低了大坡度岩巷掘进的效率。经考察研究，挖掘式装载机具有爬坡能力强，装碴速度快，迎头不留底角碴，能够显著地提高装碴效率。为此，对该大坡度轨道下山掘进工作面采用ZWY-150/45L型挖掘式装载机（主要技术特征见表1），其是将装岩与运输功能相结合，采用电动全液压控制系统的生产装置，该设备具有装岩效率高、耙装能力大、爬坡能力强、易操作、可靠性高的特点，挖掘装载机通过调向，可以全方位耙装矸石，清货比较彻底，适合于大坡度下山掘进作业。
表1 ZWY-150/45L型挖掘式装载机主要技术特征表
单项目 位 m装载能力 3主要参数 150 /h m5000 m m最大挖掘宽度 最大挖掘高度 m m最大挖掘深度 m 最大挖掘距离 m3500 760 1780 m m最大卸载高度 m m最大卸载距离 m (爬坡能力 °) m外形尺寸(长×宽×高) m 2.3配套运输设备
原有装矸设备采用1吨小罐车运输，其不仅装矸容量小，而且在运输过程中需要人工摘钩、挂钩，人工操作安全性比较差，运输效率较低。而在迎头采用挖掘式装载机的基础上，经考察研究，选用4m3曲轨式侧卸翻斗矿车（主要技术特征见表2），其能够较好地实现高效运输的设备配套。采用侧卸式矿车进行装运矸石，其一次装矸量最多能够达到4m3，平均装矸量为3.8m3，并在坡头右侧设置一定容量的水平碴仓，在其左侧安装侧卸式矿车的卸载曲轨，侧卸矿车在配套的JYB-60×1.25型绞车提升下，能够在坡头固定曲轨地点进行卸载矸石。轨道下山的掘进毛断面约14m2，循环进尺为1.8m，岩石的碎胀系数取1.5，则每个掘进循环的矸石量约37.8m3，若采用1吨小罐运输，则需要提升运输19次；而采用侧卸式矿车，则最多提升运输10次，提高运输效率47.4%。从而，提高了矸石提运效率，降低了劳动强度，人员操作也安全合理。
在挖掘装载机与侧卸式矿车的实际配套应用中，挖掘装载机在
9500×2150×2150 ≤36 4580 2340 迎头与侧卸式矿车搭接装矸时，需要频繁地前进与后退操作，特别是在爆破作业时，退后距离会更远些，由于坡度达25°，很不利于后退操作；同时，侧卸式矿车原使用的道轨间距为900mm，而挖掘装载机的履带内侧宽度仅为1200mm，两侧预留150mm的间隙，但在使用中却很不利于挖掘装载机骑道轨后退操作。通过对现场使用情况进行分析研究，最后将侧卸式矿车使用的900mm轨距更换为600mm，这样，挖掘装载机在骑道轨后退的操作过程中取得了相对较好的效果，完善了挖掘装载机与侧卸式矿车的设备配套。
表2 曲轨式侧卸翻斗矿车主要技术特征表
单型号参数 位 m容积 3主要参数 4 T m10 600 m m载重 轨距 轴距 m 连接器形式 牵引高度 m (卸载角度 °) m2000 插销连环式 430 42