北辛窯煤礦大傾角下山掘進巷道
出矸工藝的研究與應用
一、立項原因及背景
1、北辛窯14采區(qū)回風大巷Ⅰ段，位于2煤南翼帶式輸送機大巷東側(cè)，10#聯(lián)絡巷南側(cè)開口，巷道設(shè)計長度約206.4m。按-25°下山掘進154m。巷道2020年4月下旬開始掘進，2020年9月竣工。由于巷道傾角25°，為急傾斜巷道，對于施工這樣大坡度、長距離下山巷道，能快速、有效的將矸石運出成為一個擺在我們面前的一道難題。
2、由于普通耙?guī)r機（耙斗式裝巖機）結(jié)構(gòu)簡單、故障率低、使用和維護的費用較低等優(yōu)點，在中小煤礦普遍采用耙?guī)r機完成工作面爆破后運矸、裝矸的任務，并且創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。但是，耙?guī)r機使用的鋼絲繩和工作面尾輪等接觸部位易產(chǎn)生火花，尤其當鋼絲繩超期使用時更加明顯，給掘進工作面帶來極大的安全隱患，普通耙?guī)r機已不適應現(xiàn)代快速施工工藝的需耍，尤其在傾斜巷道下山掘進的進度、安全、效益等方血表現(xiàn)最為突岀。如何運用一種技術(shù)先進、符合安全生產(chǎn)、對掘進作面有較強適應性和故障率相對較低的設(shè)備來替代耙?guī)r機，成為擺在我們面前比較棘手的一個難題。
3、由于巷道為急傾斜下山巷道，平均坡度為25°，下山掘進154m，施工這樣大傾角巷道第一個制約因素便是運輸問題。如果在巷道穩(wěn)設(shè)臨時皮帶，除了安裝及維護成本費用高，最重要因素為：①矸石向下滾落傷人②矸石滾動下滑飛出皮帶。③皮帶自動下滑、停不了車等問題。所以大傾角下山巷道快速、安全運輸問題，是一個必須解決的問題。
二、研究內(nèi)容及創(chuàng)新點
（一）研究內(nèi)容
為解決傾斜巷道施工中出矸的問題，加快巷道掘逬，14采區(qū)回風巷大膽采用ZWY-120 履帶挖掘式裝載機以及KFV1.8–6型翻斗式礦車聯(lián)合使用，探索使用全新施工工藝，解決了快速裝巖及安全有效出矸的難題。ZWY-120履帶裝載機靠履帶推進鏟取巖石，并通過鏟斗將巖石扒進自身的刮板輸送機，輸送機從尾部將巖石卸入KFV1.8–6型翻斗式礦車，翻斗式礦車預停在提前鋪好的鐵軌上，等待裝滿矸石，給巷口絞車司機發(fā)出開車信號，40KW絞車司機接到開車信號，將翻斗式礦車快速提升上來，停好車，打好眼，將矸石卸載到40T鐵溜子上，轉(zhuǎn)運至地面。
1、ZWY-120/55L型煤礦用挖掘式裝載機（履帶式大坡度用）是由機械手與輸送機相接合，扒渣和輸送裝車功能合二為一，采用電動全液壓控制系統(tǒng)和生產(chǎn)裝置，具有安全、能耗小、效率高的特點。挖掘式裝載機是礦山及小型遂道必不可少的先進采礦裝備，是人工和其它機械的替代產(chǎn)品。該機靠履帶推進鏟取巖石，并通過鏟斗將巖石扒進自身的刮板輸送機，輸送機從尾部將巖石卸入KFV1.1–6型翻斗式礦車、皮帶或其它轉(zhuǎn)載設(shè)備上，同時也可利用反鏟挖掘臂扒取遠處的巖石，也可以用鏟斗來清理工作面，適用于斷面為3×3米以上的大中型巷道，功率大、裝車速度快；結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；人性化設(shè)計、便于維修；
2、KFV1.1-6型翻斗式礦車用于裝卸巷道的矸石，須用40KW絞車牽引。其基本組成為車箱、車架、連接器和行走機構(gòu)。連接器是連接機車和礦車的部件。由插銷連接環(huán)合回轉(zhuǎn)鏈組成。行走機構(gòu)由4個車輪和2 根軸組成的兩個輪對。車箱支承在車架的翻轉(zhuǎn)軌上，車箱在翻轉(zhuǎn)軌上翻轉(zhuǎn)卸載。結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用、使用方便、只需人力打開止動板就能很容易地卸下物料。輪軸采用了滾柱軸承，有效地減少了運行阻力，用人力即可推動。
3、出矸工藝介紹
①本巷道采用鉆眼爆破方法，分次起爆-臨時支護-錨網(wǎng)錨噴支護。
②支護完，用ZWY-120 履帶挖掘式裝載機推進鏟取巖石，并通過鏟斗將矸石扒進自身的刮板輸送機，輸送機尾部將矸石卸入KFV1.1–6型翻斗式礦車。
③等翻斗式礦車裝滿矸石，裝載機停止轉(zhuǎn)動，裝載機位置信號工與絞車司機互發(fā)信號聯(lián)系好后，絞車司機開動75KW 絞車，開始快速提升翻斗式礦車至巷口。
④當翻斗式礦車到達巷口卸車點 2 米左右位置時，減速慢行，絞車司注意及時停車，指示工人上好阻車器并打好眼。
⑤工人檢查礦車安全無誤后，打開翻斗礦車限位器，推動翻斗使矸石翻入刮板輸送機，將矸石卸到小溜子上。使用信號聯(lián)系 30T 刮板輸送機司機開車，再經(jīng)皮帶轉(zhuǎn)運至地面。翻斗自動復位后，閉合限位器。然后重新將空車下放至裝載機附近，如此反復工作。
（二）創(chuàng)新點
1、該施工工藝解決了大傾角下山巷到出矸難的問題，通過使用新設(shè)備，調(diào)整工序，探索使用全新施工工藝，很好的解決了快速裝巖及安全有效出矸的難題。能減少工序，降低人工勞動強度，大大降低了作業(yè)風險，同時也增加了傾斜巷道的循環(huán)率，提高了安全效益和生產(chǎn)效益
2、使用ZWY-120/55L型礦用履帶式裝載機，替代了普掘巷道耙?guī)r機出矸的傳統(tǒng)作業(yè)方式，解決了普通耙?guī)r機移機跑車、耙斗機鋼絲繩和耙斗磨損較快等問題，實現(xiàn)連續(xù)裝載，節(jié)省作業(yè)工序，極大地降低了作業(yè)人員的勞動強度，提高了工作效率，為巷道的快速掘進提供了時間上的保障。裝載機一次性將每茬炮矸子全部出凈，且平底質(zhì)量較高，為裝載機后面的軌道的鋪設(shè)，永久風水管路的安裝，水溝及臺階的施工提供了有利的條件，出矸后工作面干凈整潔，標準化程度得到顯著提高。
3、使用KFV1.8–6型翻斗式礦車解決了大傾角巷道皮帶運輸過程中的問題，能大大節(jié)省穩(wěn)設(shè)皮帶的成本及費用，解決了下山巷道皮帶矸石向下滾落傷人的問題。
三、應用情況及經(jīng)濟社會效益
1、經(jīng)濟效益
①巷道每循環(huán)（2米）爆破實體巖石約39m3，翻斗式礦車可裝35斗，以巷道掘進至100米處時計算，每出一翻斗矸石所需7-8分鐘，因此每循環(huán)矸石需要花費4.2小時。對比傳統(tǒng)耙?guī)r機出矸方式，每循環(huán)進度至少節(jié)省4個小時（包括倒矸時間），施工進度由每天按一個循環(huán)增加至三天兩個循環(huán)，平均每天多掘進1米進度，因此該巷道比計劃提前20天完成施工，按生產(chǎn)一天費用1萬元計算，20天可節(jié)約20余萬元。
2、社會效益:
①挖掘式裝載機能一次性將每茬炮矸子全部出凈，且平底質(zhì)量較高，為裝載機后面的軌道的鋪設(shè)，永久風水管路的安裝，水溝及臺階的施工提供了有利的條件，出矸后工作面干凈整潔，工作面標準化程度得到顯著提高。
②ZWY-120 履帶挖掘式裝載機以及KFV1.8–6型翻斗式礦車聯(lián)合使用的應用，很大的節(jié)省了人力、降低了勞動強度。挖掘式裝載機是新一代履帶行走的無軌裝載設(shè)備，具有挖掘力大、機動性好、全斷面作業(yè)、安全性好、一機多用等特點，可以機械集矸及運輸矸石，迎頭僅需三人就可快速完成出矸，即挖掘裝載機司機、指揮、轉(zhuǎn)載皮帶機及電纜看護各一人。因無需人力挪移導向輪及拽繩，故勞動強度大大降低。極大地降低了作業(yè)人員的勞動強度。使用KFV1.8–6型翻斗式礦車解決了大傾角巷道皮帶運輸過程中的問題，不僅能大大節(jié)省穩(wěn)設(shè)皮帶的成本及費用，還解決了下山巷道皮帶矸石向下滾落傷人的問題。
四、總體性能指標
實際生產(chǎn)中，該出矸工藝很好的解決了大傾角下山巷道出矸難的問題，新設(shè)備的應用完全替代了耙?guī)r機出矸的傳統(tǒng)作業(yè)方式，大大加快了出矸速度，提高了工作效率。由于裝矸及時，避免工作面矸石堆積，有利于輪尺看線及下部炮眼的鉆進，提高光爆效果，保證工程質(zhì)量，排除安全隱患，為生產(chǎn)準備的正常銜接提供了有力保障，同時，創(chuàng)造社會和安全效益明顯。
五、存在問題及推廣前景
在14采區(qū)回風巷I段的施工過程中，該工藝的研究與的應用取得了良好的效果。同時，在掘進距離不超過150米的巷道，該施工工藝能實現(xiàn)快速提升，比起耙?guī)r機出矸及皮帶運輸能很大的節(jié)省時間，降低成本，但在超過150米的巷道掘進中，出矸速度較慢，影響工程施工進度，還需進一步改善及提高。
