sci論文刊發(fā)淺析掘進(jìn)技術(shù)在煤礦的應(yīng)用研究

　　摘要：巷道快速掘進(jìn)就是采用合理的掘進(jìn)破巖、裝運和支護(hù)技術(shù),科學(xué)管理施工各個工序,使每個工序用時最少、各個工序之間轉(zhuǎn)換順暢,使巷道施工技術(shù)和組織管理優(yōu)勢都能夠良好發(fā)揮。陳四樓礦通過改進(jìn)傳統(tǒng)的“二掘一噴”施工工藝為“一掘一初噴+復(fù)噴”,優(yōu)化勞動組織,采用雙循環(huán)作業(yè)法、特殊工種循環(huán)作業(yè)圖表等技術(shù)手段,保證生產(chǎn)組織的良性推進(jìn),實現(xiàn)了巖巷炮掘單進(jìn)水平的提升。

　　關(guān)鍵詞：巖巷快速掘進(jìn);勞動組織優(yōu)化;雙循環(huán)作業(yè)法;特殊工種循環(huán)作業(yè)

　　目前,國內(nèi)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(yè)線主要有2種:①傳統(tǒng)的氣腿式鑿巖機配耙斗式或鏟斗式裝巖機作業(yè)線;②全液壓鉆車配側(cè)卸裝巖機作業(yè)線。第1種在我國應(yīng)用較多,掘進(jìn)速度一般為60~70 m/月。第2種在我國應(yīng)用較少,掘進(jìn)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(tǒng)的鉆爆法單進(jìn)水平一直處于較低的水平。近年來,隨著中深孔爆破技術(shù)的推廣應(yīng)用,巖巷炮掘單進(jìn)水平取得突飛猛進(jìn)[1]。永煤公司引進(jìn)中深孔爆破技術(shù)試驗成功,由月單進(jìn)60~70 m提升了到百米以上。但是,如何在此基礎(chǔ)上突破制約瓶頸,進(jìn)一步提升巖巷炮掘單進(jìn)水平,已成為亟待解決的技術(shù)難題。

　　1　工程概況

　　陳四樓煤礦是河南煤業(yè)化工集團(tuán)永煤公司的第1對生產(chǎn)礦井, 1997年正式投產(chǎn),設(shè)計生產(chǎn)能力240萬t/a。北部東翼集中膠帶巷是陳四樓礦北十采區(qū)的1條主要運輸巷,巷道斷面為直墻半圓拱形,規(guī)格為4 200 mm×3 600 mm。該掘進(jìn)工作面巖性為砂質(zhì)泥巖、中細(xì)粒砂巖。巷道采用錨網(wǎng)噴支護(hù),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(yù)緊力矩不小于200Nm;幫錨桿錨固力不小于100 kN,預(yù)緊力矩不小于150 Nm。打錨桿時拱基線以上拱部鋪設(shè)金屬網(wǎng)片,兩幫直墻部分不掛網(wǎng),金屬網(wǎng)規(guī)格2 000mm×1 000mm,網(wǎng)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(jìn)裝備及材料配備

　　采用“一掘一初噴+復(fù)噴”施工工藝,其裝備及材料配備為: YTP-26型風(fēng)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(fēng)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(fā)爆器1臺。

　　3　實現(xiàn)快速掘進(jìn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

　　3·1　施工工藝(1)工藝流程。對傳統(tǒng)的施工工藝流程進(jìn)行細(xì)化、優(yōu)化,科學(xué)組織,最大限度地安排平行作業(yè)。由技術(shù)負(fù)責(zé)人現(xiàn)場跟班,優(yōu)化工序間的銜接,摒棄窩工現(xiàn)象,測試優(yōu)化后各工序的耗時。經(jīng)試驗測試將正規(guī)循環(huán)細(xì)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(huán)。

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

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

　　3·2　爆破技術(shù)

　　推行中深孔全斷面一次爆破技術(shù),改進(jìn)傳統(tǒng)巖巷掘進(jìn)工藝,使生產(chǎn)逐步從傳統(tǒng)的臺階法施工和淺眼多循環(huán)的框架中解放出來,提高了單循環(huán)進(jìn)尺,減少了循環(huán)次數(shù)和輔助作業(yè)時間[2]。通過不斷試驗、摸索、改進(jìn),掌握了適合不同巖性中深孔爆破技術(shù)的炮眼布置、深度、裝藥量、封泥長度等爆破參數(shù),解決了常見的“抽炮”難題,巖巷光爆成型質(zhì)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(huán)進(jìn)尺可增加0·3~0·7 m,每月按70個循環(huán)計算,月度巖巷進(jìn)尺可增加30余m。

　　單循環(huán)進(jìn)尺增加,爆破出的矸石量增加,出矸難成為制約單循環(huán)持續(xù)、良性推進(jìn)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(shù)設(shè)臺階增加分值,充分調(diào)動了每班出矸積極性。

　　3·3　雙循環(huán)作業(yè)法

　　堅持正規(guī)循環(huán)作業(yè),采用“雙循環(huán)作業(yè)法”,小循環(huán)為大循環(huán)創(chuàng)造條件,大循環(huán)為小循環(huán)打好基礎(chǔ),大循環(huán)套小循環(huán),大小循環(huán)相輔相成。“雙循環(huán)作業(yè)法”使掘進(jìn)工藝持續(xù)、良性推進(jìn),小循環(huán)正規(guī)循環(huán)率在90%以上,大循環(huán)正規(guī)循環(huán)率在95%以上。

　　(1)小循環(huán)。掘進(jìn)班完成“八工序”為完成1個小循環(huán),小循環(huán)進(jìn)尺1·6~2·4 m;每個圓班完成3個小循環(huán),合計進(jìn)尺5·0~7·2 m。小循環(huán)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(wǎng),兩幫不掛網(wǎng),爆破后掛網(wǎng)打頂錨桿永久支護(hù)到掘進(jìn)面,初噴至覆蓋網(wǎng)片為宜。

　　(2)大循環(huán)。在掘進(jìn)班掘進(jìn)小循環(huán)良性推進(jìn)的積極配合下,噴漿班每5 d完成“鋪道、移耙矸機、復(fù)噴成巷”為1個大循環(huán),大循環(huán)進(jìn)尺25~35 m。

　　3·4　管理機制和方法

　　3·4·1　內(nèi)部市場化機制“三化”管理是企業(yè)管理的根本,內(nèi)部市場化是永煤迅速發(fā)展壯大的法寶之一,將內(nèi)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(xì)化職責(zé),加強考核。在礦內(nèi)部市場化平臺的基礎(chǔ)上,該隊加強精細(xì)化管理,細(xì)化考核單元。

　　材料消耗被納入市場化機制,實現(xiàn)“區(qū)隊對班組、班組對個人”考核,形成了人人頭上有指標(biāo)的管理模式。在配件消耗上,設(shè)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(jìn)行考核,由區(qū)隊考核班組,班組再考核到個人。

　　(2)狠抓現(xiàn)場,加強管理。區(qū)隊成本管控,關(guān)鍵看工作現(xiàn)場。為嚴(yán)控成本,該礦從巖巷光爆、頂幫錨間排距管理入手,嚴(yán)格成本管控。從施工工藝等源頭上,每個區(qū)隊都嚴(yán)格控制材料投入,努力降低生產(chǎn)成本;在管理細(xì)節(jié)上,確保每個區(qū)隊都做到精細(xì)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(jié)車廂的驅(qū)動裝置來提供動力,實現(xiàn)高速行進(jìn)。采用“動車組管理法”,通過科學(xué)組織、統(tǒng)籌安排,充分挖掘生產(chǎn)班組間、生產(chǎn)班組內(nèi)各工種內(nèi)部潛力,調(diào)動各生產(chǎn)組織環(huán)節(jié)的積極性,實現(xiàn)同向合力最大化。

　　(1)多臺施工機械設(shè)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(shè)備配套使用方案的實施,是快速、高效率掘進(jìn)的基礎(chǔ)。高素質(zhì)、熟練操作各種機械設(shè)備的掘進(jìn)隊伍是確保快速、高效率掘進(jìn)的關(guān)鍵。

　　(2)精細(xì)化、優(yōu)化各工種工序銜接。編制各工種循環(huán)作業(yè)圖表,提升單工種工效。對各工種作業(yè)工序科學(xué)組織、優(yōu)化設(shè)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(huán)作業(yè)圖表,讓各工種員工知道自己怎樣干,怎樣提高作業(yè)效率,指導(dǎo)各工種提高單工種工效。

　　(3)班組和諧,優(yōu)化小循環(huán)工藝。在正規(guī)循環(huán)作業(yè)圖表中,把“為下班備好風(fēng)水繩”作為交接班的硬指標(biāo)項,每班可節(jié)約30~40 min用于生產(chǎn)。

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

　　打眼工參照導(dǎo)向棍打眼,必須做到準(zhǔn)、平、直、齊。

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

　　(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(xì)節(jié)上入手,不斷提高員工的節(jié)約意識,控制成本。

　　(7)永久道岔的安裝,使運輸軌道安全質(zhì)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(jié)省人力,提高出矸效率,打破了戰(zhàn)線長、出矸困難的瓶頸。

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

　　(9)噴漿機新型自動下料裝置的應(yīng)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(shù),提高了自動化水平。

　　4　快速掘進(jìn)技術(shù)分析

　　近年來采用普通鉆爆法、中深孔爆破及快速掘進(jìn)施工工藝的技術(shù)參數(shù)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(jié)論:(1)采用中深孔爆破技術(shù),提升了單循環(huán)進(jìn)尺,減少了循環(huán)次數(shù)和輔助作業(yè)時間。

　　(2)改變傳統(tǒng)的施工工藝“二掘一噴”為“一掘一初噴+復(fù)噴”,每圓班增加1個掘進(jìn)小循環(huán),提高了掘進(jìn)循環(huán)數(shù),是實現(xiàn)快速掘進(jìn)的關(guān)鍵。

　　(3)“四八”交叉平行作業(yè)制、雙循環(huán)作業(yè)法及動車組管理法等新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用以及精細(xì)化管理,是實現(xiàn)快速掘進(jìn)的重要環(huán)節(jié)。

　　(4)精細(xì)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)工序管理,打破制約快速優(yōu)質(zhì)掘進(jìn)的瓶頸。控制各工種循環(huán)作業(yè)流程,提高單工種工效,各工種協(xié)作配合,充分利用巷道,在不同區(qū)段進(jìn)行交叉平行作業(yè),“四八”交叉平行作業(yè)制使生產(chǎn)快速推進(jìn),實現(xiàn)了巷道質(zhì)量的動態(tài)達(dá)標(biāo)。

　　(5)堅持正規(guī)循環(huán)作業(yè)是快速掘進(jìn)的保障。施工管理重點是保證掘進(jìn)班的正規(guī)循環(huán),提高正規(guī)循環(huán)率。保證正規(guī)循環(huán)的前提是各種配套設(shè)備配有備用,這樣,設(shè)備損壞后可及時修復(fù)或更換;調(diào)動員工的積極性,使每期進(jìn)入工作面后充分利用工作時間搶循環(huán)。以抓正規(guī)循環(huán)為中心,全面加強掘進(jìn)、機電、運輸和通風(fēng)的組織和管理。

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

　　2　氣缸的選型

　　為保證氣缸的拉力能把風(fēng)門打開,氣缸的選型很重要。首先確定風(fēng)門兩端的風(fēng)壓差,再用力學(xué)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(fēng)聯(lián)巷風(fēng)門為例,東翼充電硐室回風(fēng)聯(lián)巷為木質(zhì)風(fēng)門,風(fēng)門上開有卸壓窗,當(dāng)主要通風(fēng)機負(fù)壓為3 kPa時,由于東翼充電硐室風(fēng)門位于總進(jìn)風(fēng)和總回風(fēng)之間,風(fēng)門前后靜壓差達(dá)1·46 kPa,即使打開風(fēng)門上的卸壓窗,單人開啟風(fēng)門仍然很困難。由于風(fēng)門前后巷道變形量可以忽略,風(fēng)門前后巷道基本平直,根據(jù)伯努利方程[1]:Hy=(P1-P2)(V122ρ1-V222ρ2)-(gρm1Z1-gρm2Z2)得出風(fēng)門受到壓力基本來自于靜壓差,木風(fēng)門的規(guī)格為2 000 mm×2 200 mm,得到風(fēng)門兩端的壓力達(dá)6 424 N。考慮風(fēng)門自身阻力,所以需要氣缸至少能產(chǎn)生6 500 N的推力和拉力。

　　由于泉店礦井下風(fēng)門處風(fēng)管壓力一般維持在0·45MPa以上,根據(jù)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(jù)市場上現(xiàn)有的氣缸性能指標(biāo)和風(fēng)門的自重問題,選擇了 150 mm的氣缸。

　　3　安裝說明

　　該風(fēng)門開關(guān)裝置不需要直接與風(fēng)門固定在一起,如圖2所示(管路未畫出,可根據(jù)巷道形狀自行布置)。利用定滑輪折向連接的原理達(dá)到開啟風(fēng)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(fēng)門的卸壓窗,打開風(fēng)門前先打開卸壓窗,以確保風(fēng)門開啟的安全順暢。如出現(xiàn)特殊情況沒有壓風(fēng),可保證人工將風(fēng)門打開。

　　4　應(yīng)用效果隨著技術(shù)水平的日益提高及施工工藝的不斷提高,相信該裝置會進(jìn)一步改進(jìn),使用范圍也會進(jìn)一步擴(kuò)大。該風(fēng)門開關(guān)裝置結(jié)構(gòu)簡單,實用經(jīng)濟(jì),便于安裝,符合安全方面的要求,同時也解決了人力開啟風(fēng)門困難的問題。以前需要2~3人才能打開的風(fēng)門,現(xiàn)在只需輕撥手閥,風(fēng)門就自動打開, 1個人也可安全通過風(fēng)門,切實解決了生產(chǎn)中的安全問題。該裝置已在全礦井推廣使用,適合高負(fù)壓礦井使用。

　　參考文獻(xiàn):

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

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