大埋深富水岩层远程控制全岩综掘机的应用

秦 涛 颜 雷 姜启彬

（临沂矿业集团菏泽煤电有限公司郭屯煤矿，山东 菏泽 274700）

当下矿井的通风系统为两进两回，其中总回量为19 197 m3/min，通风阻力为2 928.9 Pa，接近临界值；而-808 m 辅助回风石门是矿井全年的重点开拓工程，更是构建矿井“两进三回”大通风格局的关键一环。通过形成两进三回的通风网络使矿井通风系统达到了合理稳定，并可降低矿井通风阻力约200 Pa，提高了通风效率及作业场所的风量，为矿井的安全生产提供了可靠保障。因此需尽快施工一条-808 m 水平辅助回风石门，解决矿井通风问题。

1 工程背景

大功率全岩远程控制掘进作业线是保证矿井高产高效的前提条件，高效机械化掘进与远程控制等自动化功能的实现是保证矿井实现高产高效及安全的必要条件，也是巷道掘进技术的发展方向。经调研，采用一种大功率大截深岩石掘进机，加以智能化升级改造[1-5]，可以实现远程控制高效快掘。

2 适用领域及配套装备

大功率全岩远程控制掘进作业线适用于采用综掘机施工的全岩、半煤岩巷道。在开拓、准备、回采巷道均适用，特别是在大断面全岩巷道更能体现其实用价值，经济社会效益显著。

大功率全岩远程控制掘进作业线由EBZ318 全岩综掘机、远程操控系统、干式除尘风机、皮带和单轨吊运输系统组成，形成了综掘机快速截割、远程控制、干式除尘、连续排矸的成套快掘装备线。

3 技术创新及经济分析

3.1 掘进机远程控制系统

掘进机远程控制系统建立在掘进机现场控制基础之上，加入无线遥控收发装置及控制箱，配套电磁换向阀、电液比例阀等其他辅助电路。在进行遥控操作时，无线接收装置接收发射器的相应操作信号，由转换器转化为控制器识别的继电信号，作为控制器的输入控制信号，控制器的相应输出功能驱动执行机构完成各种动作要求。

3.2 技术研究内容及创新点

（1）高效快掘岩巷工作面概况及影响因素

为加快矿井开拓巷道施工进度，优化矿井开拓布局，不断尝试改进现有施工工艺，并努力探索新的施工方法。由于爆破法施工大断面岩巷进度较慢，普通煤（半煤）巷掘进机施工岩巷效果太差，通过深入现场写实，发现部分制约生产的因素。

① 爆破法施工大断面岩巷效率低，打眼、装药、放炮、出矸浪费大量时间。

② 爆破法施工巷道成型质量差，采用爆破碎矸不利于控制巷道轮廓，往往会出现成型质量不好的现象。

③ 普通煤（半煤）巷掘进截割硬度低，截割头寿命短，工作时机身振动大、稳定性差，装运系统易卡链、易磨损等缺点较多，影响掘进效率。

④ 掘进机司机对不同围岩条件下不区分使用截割方式，截割较为随意，影响巷道成型质量和掘进机使用寿命。

（2）研究决定采用岩石掘进机施工，经多次分析调研，最终选用EBZ318 型号岩石掘进机，并安排专人优化工艺流程。

① 推广使用岩石掘进机，并不断优化其掘进性能，提效提速。选用EBZ318 掘进机，最大定位截割断面可达38 m2，爬坡能力±18°，炮头最大截割深度可达700 mm，可满足大断面截割、大坡度施工的要求，可采用大截深截割，提高截割效率。

② 在不同围岩条件下，合理选择截割方式。根据工作面岩石硬度情况，优化截割流程。

一是当工作面岩石硬度较小（f≤6）时，用截割头先在左下角进行掏槽，然后按照如图1 所示“S”形向上切割方法，使截割头扫过整个巷道断面。

图1 截割流程图

二是当截割岩石硬度不同时，先选择较软的岩石进行钻进，然后采用由下而上左右截割的方法；当截割岩石硬度大（8 ＜f ≤13）且为同种岩石时，应将截割部处于水平和机器中心位置进行钻进，可根据岩石硬度和节理发育情况决定钻进深度，然后截割头扩窝后再继续进行钻进。

③ 结合现场实践，优化截割方式。截割头截割方式如图2 所示。

图2 截割方式图

④ 优化支护设计参数，合理确定循环进尺。根据现场条件变化及时变更支护设计参数，有效落实差异化支护方案，及时调整锚杆间排距，缩短打眼支护时间，遇断层等地质构造期间加强支护，确保顶板安全。根据顶板情况合理确定正规循环进尺，顶板较好区域循环进尺提至1.5 m，局部提至2 m，提高施工效率20%以上，节约工序衔接时间，提高效率。

（3）技术创新点

① 通过引进大功率岩石掘进机，实现全岩巷道综合机械化施工，并研制一套高效成熟的掘进机管理技术和现场高效施工管理办法，提高掘进效率，加快矿井开拓。

② 利用系统工程思维将科学发展观与企业生存和发展相联系，从设计施工、管理组织等方面全面排查制约快速掘进因素，科学合理组织，补齐生产短板，实现高效生产、节约降耗。

③ 根据现场条件变化及时优化支护设计参数，落实差异化支护方案，灵活合理确定正规循环进尺，缩短支护工序时间，节约支护材料消耗。

（4）同类技术对比

现阶段国内外矿井使用岩石掘进机进行远程控制及高效快掘是矿井岩巷掘进的发展方向。郭屯煤矿开拓工程相对滞后，一方面岩巷高效快掘可加快开拓进度，另一方面排查影响生产的各类因素，从工程管理、生产工艺、劳动组织等方面进行创新，提高生产系统生产力，创新生产管理模式，形成一套特有的施工管理方法，解决矿井采掘接续紧张现状。

3.3 效益分析

（1）经济效益

2021 年1 至8 月，-808 m 辅助回风石门岩巷远程控制高效快掘共计掘进进尺1184 m。经计算，巷道实现高效快掘后延米单价降低约500 元/m，共计节约成本59.2 万元。

（2）社会效益

-808 m 水平辅助进风石门剩余开拓长度1184 m，若采用传统爆破法需用时22.6 个月，使用大功率全岩远程控制掘进作业线施工用时8 个月，提前14.6 个月时间。

4 结论

大功率全岩远程控制掘进作业线的远程控制高效快掘已在郭屯煤矿-808 m 辅助回风石门成功应用，与传统施工工艺相比，大大提高了岩巷单进和人均工效，并创出同类条件下巷道施工月进155 m的最好记录。以往在同类巷道中使用爆破法施工，月平均进尺65 m，平均工效0.047 m/日/工，-808 m 辅助回风石门2021 年1 月开始施工，1～8 月平均进尺148 m，迎头人数约55 人，平均工效0.15 m/日/工，掘进进尺平均提高95.5 m，平均工效提高0.106 m/日/工。

下一步计划在南翼辅助轨道巷、南翼集中胶带巷等开拓巷道推广应用大功率全岩远程控制掘进作业线，同时需解决遇硬岩截割时截齿损耗较大等问题。