賈 祥
(沁和能源集團(tuán)有限公司永安煤礦, 山西 晉城 048205)
沁和能源集團(tuán)永安煤礦地處沁水縣嘉峰鎮(zhèn)永安標(biāo),井田面積3.858 km2,可采儲量 6 412.6 萬 t,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力45 萬t/a,當(dāng)前主要開采3 號煤層。永安煤礦3210 大采高工作面位于井田東部,屬二迭統(tǒng)山西組下部3 號煤層。工作面設(shè)計(jì)走向長1 166 m、傾斜長300 m,面積約174 878 m2,3210 工作面煤層厚度為 2.65~7.34 m,平均厚度 5.49 m;煤層走向NE、傾向NW、煤層傾角7°~11°,平均傾角9°。3210 工作面底板巖巷斷面情況如圖1 所示。
圖1 3210 工作面底板巖巷斷面示意圖(單位:mm)
3210 工作面順槽底板巖巷斷面為半圓拱形,凈寬4.6 m,凈高3.7 m,凈面積17.02 m2,采用錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方式,采用Φ20 mm×2 200 mm 左旋螺紋鋼錨桿、樹脂藥卷錨固,錨桿間排距800 mm×800 mm,噴射混凝土強(qiáng)度等級C30。3210 工作面底板巖巷平均月進(jìn)尺僅為113 m,小于同類巖巷的平均掘進(jìn)速度。結(jié)合現(xiàn)場施工進(jìn)行試驗(yàn),對該巖巷掘進(jìn)過程中掘進(jìn)設(shè)備、爆破參數(shù)、運(yùn)輸線路等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),有效提高了該巖巷掘進(jìn)速度。
巷道的掘進(jìn)是一項(xiàng)綜合性施工工藝,單進(jìn)水平受到很多因素影響,主要是從掘進(jìn)機(jī)械化設(shè)備、爆破工藝、矸石運(yùn)輸線路方面對影響3210 工作面底板巖巷快速掘進(jìn)的因素進(jìn)行分析。
掘進(jìn)裝備是實(shí)現(xiàn)巖巷快速掘進(jìn)的基礎(chǔ)保障,根據(jù)巖巷的地質(zhì)條件,確定合適的掘進(jìn)裝備,可以有效提高巷道單進(jìn)水平。3210 工作面底板巖巷原作業(yè)線設(shè)備:CMJHT 掘進(jìn)液壓鉆車、P-30B 礦用耙斗裝巖機(jī)、MQT-85J 系列氣動(dòng)幫錨桿機(jī)。實(shí)際掘進(jìn)效果不佳,月掘進(jìn)速度在45~100 m 之間,平均月掘進(jìn)速度為65 m。掘進(jìn)裝備已成為影響3210 大采高工作面底板巖巷的關(guān)鍵因素,同時(shí)耙斗裝巖機(jī)也已被禁止在高瓦斯礦井中使用。從以上情況出發(fā),必須對原掘進(jìn)設(shè)備及工藝進(jìn)行優(yōu)化[1-3]。
3210 工作面底板巖巷原爆破工藝采用直眼掏槽形式,巷道炮眼布置情況如圖2 所示。
該爆破工藝方案實(shí)施后,爆破后留有殘孔達(dá)31%,炮眼利用率僅為69%,單循環(huán)平均進(jìn)尺量約為1.3~1.4 m,成了制約該巷道快速掘進(jìn)的另一因素。
對3210 工作面底板巖巷掘進(jìn)作業(yè)線技術(shù)分析后發(fā)現(xiàn),矸石運(yùn)輸效率低下。采用P-30B 礦用耙斗裝巖機(jī)、ZCY-60 型全液壓側(cè)卸式裝巖機(jī)、配套1.5 t礦車出巖的排矸方式。爆破作業(yè)前,將巷道掘進(jìn)頭中2/3 的矸石運(yùn)出,因礦車運(yùn)輸能力不足,每月近6~8個(gè)工作日會(huì)因礦車運(yùn)輸能力不足而停止作業(yè),耙斗機(jī)每次施工30~40 m,將破碎矸石運(yùn)完才能前移。這種間斷不連續(xù)的排矸方式也成為了制約3210 工作面底板巖巷快速掘進(jìn)的因素。
圖2 巷道炮眼布置示意圖(單位:mm)
對3210 工作面底板巖巷掘進(jìn)作業(yè)線掘進(jìn)設(shè)備進(jìn)行分析后,結(jié)合該工作面底板巖巷的地質(zhì)條件,優(yōu)化調(diào)整了相應(yīng)的掘進(jìn)設(shè)備,主要有CMJ2-18 履帶式全液壓鉆車、ZCD100R 側(cè)卸式裝巖機(jī)、ZMC-75 型鏟斗式裝巖機(jī)配帶式轉(zhuǎn)載機(jī)等,優(yōu)化后的掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)線配套設(shè)備情況如表1 所示。
表1 優(yōu)化后掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)線配套設(shè)備情況表
掘進(jìn)作業(yè)時(shí),采用CMJ2-18 履帶式全液壓鉆車鉆孔作業(yè),鑿巖速度可達(dá)0.8~2 m/min,鉆孔作業(yè)工序的效率大大提高。采用ZMC-75 型鏟斗式裝巖機(jī)配帶式轉(zhuǎn)載機(jī)實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè),出完一個(gè)循環(huán)矸石時(shí)間為30 min,對比以往作業(yè)時(shí)間縮短60%。ZCD100R側(cè)卸式裝巖機(jī)對兩邊角的矸石進(jìn)行有效清掃。掘進(jìn)機(jī)械化設(shè)備及工藝優(yōu)化后,打眼、爆破、支護(hù)、排矸等環(huán)節(jié)進(jìn)行了調(diào)整,有效提高了作業(yè)的自動(dòng)化,勞動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)一步降低。
對3210 工作面底板巖巷的爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,提高炮眼的利用率。炮眼布置如圖3 所示,爆破參數(shù)優(yōu)化方案如下:起爆設(shè)計(jì)為二段:第一段為1~4 孔號同時(shí)起爆,第二段為4~8 孔號同時(shí)起爆;掏槽眼從6個(gè)調(diào)整為8 個(gè),深度從1.5 m 調(diào)整為2.5 m,孔徑從32 mm 調(diào)整為40 mm,裝藥的藥徑從27 mm 藥卷調(diào)整為35mm 藥卷;周邊眼從30 個(gè)調(diào)整為21 個(gè),深度從2.0m調(diào)整為2.3 m,孔徑為32 mm 保持不變,裝藥從27 mm藥卷調(diào)整為35 mm 藥卷。底眼9 個(gè),深度2.3 m,孔徑為32 mm,裝藥為藥徑35 mm 藥卷;輔助眼,深度從2.0 m 調(diào)整為2.3 m,孔徑從32 mm 調(diào)整為42 mm,裝藥從27 mm 藥卷調(diào)整為35 mm 藥卷。
圖3 優(yōu)化后的炮眼布置示意圖(單位:mm)
優(yōu)化方案增加了掏槽眼的孔徑和炮眼的直徑,裝藥量降低,但爆破效果顯著提高。從現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)可知,采用優(yōu)化后的爆破參數(shù)方案,炸藥用量從2.8 kg/m 下將到1.73 kg/m;單班循環(huán)進(jìn)尺量從1.3 m提高到1.9 m,炮眼利用率從69%提高到92%。
出矸線路優(yōu)化設(shè)計(jì)方案如下:
1)在掘進(jìn)頭后面巷道挖一個(gè)矸石倉對矸石進(jìn)行存放;
2)對矸石倉的矸石進(jìn)行運(yùn)輸,緩解矸石積壓及運(yùn)輸壓力。該優(yōu)化方案實(shí)現(xiàn)了破巖、裝巖、運(yùn)巖一體化,取消了對礦車、耙斗機(jī)的依賴,提高了出巖效率。
優(yōu)化后每天出矸68 車,每班出矸23 車,矸石運(yùn)輸效率得到大幅度提升。
3210 大采高工作面底板巖巷快速掘進(jìn)方案制定后,于2020 年6 月、7 月和8 月進(jìn)行了三個(gè)月的工業(yè)性試驗(yàn),日均進(jìn)尺量統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4 所示。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知,6 月份日平均進(jìn)尺為4.9 m,7 月份日平均進(jìn)尺為5.4 m,8 月份日平均進(jìn)尺為5.7 m,三個(gè)月的月平均進(jìn)尺為150.2 m,對比以往月平均進(jìn)尺提高了32.9%左右,掘進(jìn)效率大大提高,快速掘進(jìn)優(yōu)化方案效果顯著[4-6]。
針對永安煤礦3210 工作面底板巖巷掘進(jìn)效率低,平均月進(jìn)尺僅為113 m 的情況,對該巷道快速掘進(jìn)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過對影響該巷道快速掘進(jìn)因素的分析,從掘進(jìn)設(shè)備、爆破參數(shù)、出矸線路三個(gè)方面對快速掘進(jìn)方案進(jìn)行了優(yōu)化。該方案在2020 年6 月、7 月和8 月進(jìn)行了三個(gè)月的工業(yè)性試驗(yàn),結(jié)果表明:月平均進(jìn)尺達(dá)150.2 m,月平均進(jìn)尺提高了32.9%,掘進(jìn)效率大大提高。
圖4 三個(gè)月日均進(jìn)尺量統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖