sci論文刊發淺析掘進技術在煤礦的應用研究

　　摘要：巷道快速掘進就是采用合理的掘進破巖、裝運和支護技術,科學管理施工各個工序,使每個工序用時最少、各個工序之間轉換順暢,使巷道施工技術和組織管理優勢都能夠良好發揮。陳四樓礦通過改進傳統的“二掘一噴”施工工藝為“一掘一初噴+復噴”,優化勞動組織,采用雙循環作業法、特殊工種循環作業圖表等技術手段,保證生產組織的良性推進,實現了巖巷炮掘單進水平的提升。

　　關鍵詞：巖巷快速掘進;勞動組織優化;雙循環作業法;特殊工種循環作業

　　目前,國內巖巷施工仍以鉆爆法為主,而以鉆爆法為主的巖巷機械化作業線主要有2種:①傳統的氣腿式鑿巖機配耙斗式或鏟斗式裝巖機作業線;②全液壓鉆車配側卸裝巖機作業線。第1種在我國應用較多,掘進速度一般為60~70 m/月。第2種在我國應用較少,掘進速度一般為80~100 m/月。由于施工工藝、施工組織管理等方面的制約,第1種傳統的鉆爆法單進水平一直處于較低的水平。近年來,隨著中深孔爆破技術的推廣應用,巖巷炮掘單進水平取得突飛猛進[1]。永煤公司引進中深孔爆破技術試驗成功,由月單進60~70 m提升了到百米以上。但是,如何在此基礎上突破制約瓶頸,進一步提升巖巷炮掘單進水平,已成為亟待解決的技術難題。

　　1　工程概況

　　陳四樓煤礦是河南煤業化工集團永煤公司的第1對生產礦井, 1997年正式投產,設計生產能力240萬t/a。北部東翼集中膠帶巷是陳四樓礦北十采區的1條主要運輸巷,巷道斷面為直墻半圓拱形,規格為4 200 mm×3 600 mm。該掘進工作面巖性為砂質泥巖、中細粒砂巖。巷道采用錨網噴支護,錨桿間排距為800 mm×800 mm,誤差不大于100 mm。拱部錨桿錨固力不小于120 kN,預緊力矩不小于200Nm;幫錨桿錨固力不小于100 kN,預緊力矩不小于150 Nm。打錨桿時拱基線以上拱部鋪設金屬網片,兩幫直墻部分不掛網,金屬網規格2 000mm×1 000mm,網目100mm×100mm,搭接100mm,扎絲間距300 mm,采用雙股14#鐵絲雙邊綁扎。

　　2　快速掘進裝備及材料配備

　　采用“一掘一初噴+復噴”施工工藝,其裝備及材料配備為: YTP-26型風動鑿巖機6臺(2臺備用); 2·4/2·6 m鉆桿;一字型鉆頭; P-90B型斗式耙矸機1臺;MQT-130CM型錨桿機2臺; PC5T噴漿機2臺(1臺備用);G10型風鎬2臺; JZB-600型激光指向儀1臺,炮泥機1臺。 35 mm×200 mm二級煤礦許用水膠炸藥; 8號金屬殼(Ⅰ—Ⅲ段)雷管,毫秒延期電雷管;MFB-150隔爆型爆破發爆器1臺。

　　3　實現快速掘進的關鍵環節

　　3·1　施工工藝(1)工藝流程。對傳統的施工工藝流程進行細化、優化,科學組織,最大限度地安排平行作業。由技術負責人現場跟班,優化工序間的銜接,摒棄窩工現象,測試優化后各工序的耗時。經試驗測試將正規循環細化為“打上部眼(出矸)→耙下部矸→打下部眼(出矸)→打幫錨(出矸)→連線裝藥→爆破→打頂錨(出矸)→初噴”,完成該“八工序”視為完成1個小循環。

　　(2)勞動組織。將傳統的“三八”作業制改為“四八”交叉平行作業制。在原2個掘進班、1個噴漿班的基礎上增加1個交叉掘進班。3個掘進班實行“三八”作業制,每班掘進完成1個小循環。噴漿班與交叉掘進班平行作業,不單獨占用時間。該作業方式的勞動組織形式暫稱之為“四八”交叉平行作業制。交叉掘進班在耙矸機前掘進,噴漿班在耙矸機后復噴成巷。掘進班每班出勤18人,噴漿班每班出勤15人,交叉掘進班出勤8人。

　　(3)作業方式。改進傳統的作業方式“一掘一錨,二掘一噴”(2個班掘進, 1個班挖基礎和噴射混凝土成巷)為“一掘一初噴+復噴”(3個班掘進,噴漿班與交叉掘進班利用巷道耙矸機前后的空間進行交叉平行作業)。將錨噴巷道的噴射混凝土工序部分與掘進工序平行作業,增加噴漿機,工作面初噴和耙矸機后成巷施工同時進行。

　　3·2　爆破技術

　　推行中深孔全斷面一次爆破技術,改進傳統巖巷掘進工藝,使生產逐步從傳統的臺階法施工和淺眼多循環的框架中解放出來,提高了單循環進尺,減少了循環次數和輔助作業時間[2]。通過不斷試驗、摸索、改進,掌握了適合不同巖性中深孔爆破技術的炮眼布置、深度、裝藥量、封泥長度等爆破參數,解決了常見的“抽炮”難題,巖巷光爆成型質量大幅度提升,炮眼利用率由原來的85%提高了10余個百分點。單循環進尺可增加0·3~0·7 m,每月按70個循環計算,月度巖巷進尺可增加30余m。

　　單循環進尺增加,爆破出的矸石量增加,出矸難成為制約單循環持續、良性推進的瓶頸。一方面通過加強巖巷光爆管理,減少超挖量;另一方面采取激勵措施,對每班出矸量車數設臺階增加分值,充分調動了每班出矸積極性。

　　3·3　雙循環作業法

　　堅持正規循環作業,采用“雙循環作業法”,小循環為大循環創造條件,大循環為小循環打好基礎,大循環套小循環,大小循環相輔相成。“雙循環作業法”使掘進工藝持續、良性推進,小循環正規循環率在90%以上,大循環正規循環率在95%以上。

　　(1)小循環。掘進班完成“八工序”為完成1個小循環,小循環進尺1·6~2·4 m;每個圓班完成3個小循環,合計進尺5·0~7·2 m。小循環拱部每排打頂錨桿7根,兩幫每排打4根幫錨桿(爆破前打幫錨桿)。拱部掛網,兩幫不掛網,爆破后掛網打頂錨桿永久支護到掘進面,初噴至覆蓋網片為宜。

　　(2)大循環。在掘進班掘進小循環良性推進的積極配合下,噴漿班每5 d完成“鋪道、移耙矸機、復噴成巷”為1個大循環,大循環進尺25~35 m。

　　3·4　管理機制和方法

　　3·4·1　內部市場化機制“三化”管理是企業管理的根本,內部市場化是永煤迅速發展壯大的法寶之一,將內部市場化管理機制推向班組、個人,強化了職工的成本意識。

　　(1)細化職責,加強考核。在礦內部市場化平臺的基礎上,該隊加強精細化管理,細化考核單元。

　　材料消耗被納入市場化機制,實現“區隊對班組、班組對個人”考核,形成了人人頭上有指標的管理模式。在配件消耗上,設備、工具包機到人,編號管理,建立考核臺賬。對維修配件費用消耗進行考核,由區隊考核班組,班組再考核到個人。

　　(2)狠抓現場,加強管理。區隊成本管控,關鍵看工作現場。為嚴控成本,該礦從巖巷光爆、頂幫錨間排距管理入手,嚴格成本管控。從施工工藝等源頭上,每個區隊都嚴格控制材料投入,努力降低生產成本;在管理細節上,確保每個區隊都做到精細化管理,提高工效。

　　3·4·2　動車組管理法

　　動車組不僅需要火車頭,還要擁有各節車廂的驅動裝置來提供動力,實現高速行進。采用“動車組管理法”,通過科學組織、統籌安排,充分挖掘生產班組間、生產班組內各工種內部潛力,調動各生產組織環節的積極性,實現同向合力最大化。

　　(1)多臺施工機械設備配套使用。耙矸機、噴漿機、錨桿鉆機、鑿巖機、電機車和激光定向儀等多臺機械設備配套使用方案的實施,是快速、高效率掘進的基礎。高素質、熟練操作各種機械設備的掘進隊伍是確保快速、高效率掘進的關鍵。

　　(2)精細化、優化各工種工序銜接。編制各工種循環作業圖表,提升單工種工效。對各工種作業工序科學組織、優化設計,把鑿巖機司機、插釬工、耙矸機司機、背藥工、推車工、噴漿工等工種工序制成循環作業圖表,讓各工種員工知道自己怎樣干,怎樣提高作業效率,指導各工種提高單工種工效。

　　(3)班組和諧,優化小循環工藝。在正規循環作業圖表中,把“為下班備好風水繩”作為交接班的硬指標項,每班可節約30~40 min用于生產。

　　(4)4臺鑿巖機同時作業。在14·4 m2斷面的大巷中布置4臺YTP-26型鑿巖機同時作業,每臺鉆機打16~18個炮眼。由驗收員配合班組長打出導向眼,使用好導向棍,并指定經驗豐富的掘進工專門打掏槽眼、周邊眼,確保掏槽眼和周邊眼的質量,保證掏槽后深度夠,周邊成型好。打眼工依據激光導向用輪尺畫出眼位,定人、定鉆、定鉆區域、定責任。

　　打眼工參照導向棍打眼,必須做到準、平、直、齊。

　　(5)多工序平行作業。打眼與裝巖平行作業;注錨桿與出矸平行作業;清理底根、刷幫與掘進平行作業;噴漿準備與掘進平行作業,噴漿與掘進平行作業;修整水溝、砌水溝與噴漿平行作業;挪耙矸機與掘進平行作業。

　　(6)加強巖巷光爆、頂幫錨間排距等施工工序管理。從施工工藝源頭上控制材料浪費;從管理細節上入手,不斷提高員工的節約意識,控制成本。

　　(7)永久道岔的安裝,使運輸軌道安全質量大幅提升,保證了運輸線路暢通、安全、高效;平巷使用小電機車,節省人力,提高出矸效率,打破了戰線長、出矸困難的瓶頸。

　　(8)推廣應用新型雙出口炮泥機、工字鋼軌枕等創新成果,減員增效作用明顯,鋪道方便快捷,達到了修舊利廢、節約成本的目的。

　　(9)噴漿機新型自動下料裝置的應用,無需人工撥料,降低了人員投入及水泥對操作人員皮膚的腐蝕傷害,減少了混合料的浪費,增加了安全系數,提高了自動化水平。

　　4　快速掘進技術分析

　　近年來采用普通鉆爆法、中深孔爆破及快速掘進施工工藝的技術參數對照見表1(每月工作日按26 d計算)。

　　通過對比3種不同施工方法、組織形式,可以得出以下結論:(1)采用中深孔爆破技術,提升了單循環進尺,減少了循環次數和輔助作業時間。

　　(2)改變傳統的施工工藝“二掘一噴”為“一掘一初噴+復噴”,每圓班增加1個掘進小循環,提高了掘進循環數,是實現快速掘進的關鍵。

　　(3)“四八”交叉平行作業制、雙循環作業法及動車組管理法等新技術、新工藝的應用以及精細化管理,是實現快速掘進的重要環節。

　　(4)精細化生產環節工序管理,打破制約快速優質掘進的瓶頸。控制各工種循環作業流程,提高單工種工效,各工種協作配合,充分利用巷道,在不同區段進行交叉平行作業,“四八”交叉平行作業制使生產快速推進,實現了巷道質量的動態達標。

　　(5)堅持正規循環作業是快速掘進的保障。施工管理重點是保證掘進班的正規循環,提高正規循環率。保證正規循環的前提是各種配套設備配有備用,這樣,設備損壞后可及時修復或更換;調動員工的積極性,使每期進入工作面后充分利用工作時間搶循環。以抓正規循環為中心,全面加強掘進、機電、運輸和通風的組織和管理。

　　通過手閥、三通、管路2進入氣缸,伸縮桿回縮拉動風門,從而將風門打開;如需要關閉風門時,逆時針撥動手閥,壓風通過手閥、三通、管路1進入氣缸,伸縮桿伸出,推動風門關閉,從而將風門關閉。手閥1和手閥2安裝在風門兩側,從而使風門兩側均能打開和關閉。需說明的是,目前使用的手閥不能自動復位,每次開門或關門后,都要將手閥復位,否則無法打開風門。

　　2　氣缸的選型

　　為保證氣缸的拉力能把風門打開,氣缸的選型很重要。首先確定風門兩端的風壓差,再用力學公式和圓面積公式計算出氣缸的直徑。

　　以泉店礦東翼充電硐室回風聯巷風門為例,東翼充電硐室回風聯巷為木質風門,風門上開有卸壓窗,當主要通風機負壓為3 kPa時,由于東翼充電硐室風門位于總進風和總回風之間,風門前后靜壓差達1·46 kPa,即使打開風門上的卸壓窗,單人開啟風門仍然很困難。由于風門前后巷道變形量可以忽略,風門前后巷道基本平直,根據伯努利方程[1]:Hy=(P1-P2)(V122ρ1-V222ρ2)-(gρm1Z1-gρm2Z2)得出風門受到壓力基本來自于靜壓差,木風門的規格為2 000 mm×2 200 mm,得到風門兩端的壓力達6 424 N。考慮風門自身阻力,所以需要氣缸至少能產生6 500 N的推力和拉力。

　　由于泉店礦井下風門處風管壓力一般維持在0·45MPa以上,根據公式F=Pa×S,S=πR2,計算出氣缸的直徑。可以算出至少需要 135·6 mm的氣缸,根據市場上現有的氣缸性能指標和風門的自重問題,選擇了 150 mm的氣缸。

　　3　安裝說明

　　該風門開關裝置不需要直接與風門固定在一起,如圖2所示(管路未畫出,可根據巷道形狀自行布置)。利用定滑輪折向連接的原理達到開啟風門的目的。如果有必要,可在牽引鋼絲繩上固定1根鋼絲繩連接風門的卸壓窗,打開風門前先打開卸壓窗,以確保風門開啟的安全順暢。如出現特殊情況沒有壓風,可保證人工將風門打開。

　　4　應用效果隨著技術水平的日益提高及施工工藝的不斷提高,相信該裝置會進一步改進,使用范圍也會進一步擴大。該風門開關裝置結構簡單,實用經濟,便于安裝,符合安全方面的要求,同時也解決了人力開啟風門困難的問題。以前需要2~3人才能打開的風門,現在只需輕撥手閥,風門就自動打開, 1個人也可安全通過風門,切實解決了生產中的安全問題。該裝置已在全礦井推廣使用,適合高負壓礦井使用。

　　參考文獻:

　　[1]　張國樞.通風安全學(修訂版)[M].徐州:中國礦業大學出版社, 2007.

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　　鍛壓是鍛造和沖壓的合稱，是利用鍛壓機械的錘頭、砧塊、沖頭或通過模具對坯料施加壓力，使之產生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的制件的成形加工方法。