EBH315型掘进机在加拿大墨玉河煤矿大坡度全岩巷道中的应用.pdf

收稿日期 基金项目 山西省煤基重点科技攻关项目 中国煤炭科工集团有限公司重点项目 作者简介 张彦禄 男 黑龙江人 研究员 现任中国煤炭科工集团太原研究院有限公司董事长 主要从事 科技经营及煤矿机械设备的研制工作 引用格式 张彦禄 王学成 型掘进机在加拿大墨玉河煤矿大坡度全岩巷道中的应用 煤炭工程 型掘进机在加拿大墨玉河煤矿大坡度 全岩巷道中的应用 张彦禄 王学成 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司 山西 太原 摘 要 介绍了加拿大墨玉河煤矿地质情况 分析了主井大坡度全岩巷掘进存在的技术难 点 提出了以 型掘进机为龙头的设备配套及施工方案 并结合墨玉河煤矿特殊施工要求 进行了技术改进 总结了 型掘进机在加拿大墨玉河大坡度全岩巷道中的应用实践 该研 究可为类似条件下提高大坡度岩巷掘进效率的方法选取提供经验 关键词 掘进机 硬岩 大坡度 全岩巷道 中图分类号 文献标识码 文章编号 长期以来 岩巷机械化掘进一直是困扰我国巷道掘进 技术进一步发展的一个难题 尤其是大坡度岩巷掘进 由 于设备调动 截割及物料运输难度增加 导致粉尘加大 掘进效率下降 对巷道安全 高效掘进非常不利 我国在 十一五 期间开始尝试使用岩巷掘进机进行煤矿井下岩巷 掘进 其中 新集能源股份公司 新汶矿业集团等企业先 后引进了多种型号的岩巷掘进机用于煤矿井下岩巷掘进 取得了一定成果 与此同时 在 国家科技支撑计划 和 计划 的支持下 我国煤机制造企业加大了科研投入 围绕大断 面岩巷掘进机研制技术 掘进机自动控制技术 掘进巷道 综合除尘技术以及掘进机多功能一体化技术展开了科技攻 关 取得了一批重要成果 新研制的超重型岩巷掘进机 具备了截割 全岩巷道的能力 工程概况 加拿大墨玉河煤矿隶属于加拿大 矿业国际公司 该矿位于加拿大 省东北 部 洛基山脉东麓皮斯河谷地区 市境内 墨玉河矿设计生产能力为 万 设计可采储量 万 矿井设计生产服务年限为 井田内 组含煤地层为主要勘探层 组含煤地层因埋藏较深而 只有个别钻孔揭露 勘探区各地层划分与岩性特征见表 型掘进机在墨玉河煤矿项目用于主运输斜井井 第 卷第 期 煤 炭 工 程 筒掘进 该巷道全长 设计倾角为 实际施工 倾角为 表 墨玉河矿井田地层表 系组岩 性 早 白 垩 系 深灰色含菱铁质海相泥岩 细粒砂岩和砾岩 中下部是粉砂岩 基底砾岩层 细到粗粒砂岩 含炭质砂岩及块状砾岩 粉砂 岩和海相和非海相泥岩 夹薄煤层 深灰色海相页岩和粉砂岩 含铁质 细到粗粒海相和非海相砾岩 砂岩 炭质砂岩 和泥岩和煤层 该组地层含多层可采的厚层优 质工业焦煤 分布范围广且稳定到基本稳定 深灰色海相页岩 粉砂岩和海绿石砂 泥 岩 灰色细到粗粒 钙质和含炭质砂岩 煤层 炭 质页岩及砾岩和粉砂岩 石英砂岩 细粒砂岩 粉砂质页岩和泥岩 巷道 设 计 净 宽 净 高 截 割 宽 度 截割高度 采用 螺纹钢 树脂锚杆 锚喷支护 锚杆间排距均为 三花布置 巷道前 为明槽开挖 后转入地下掘进 巷道沿掘进方 向 岩石种类较多 包括砂质泥岩 页岩 粉砂岩 中砂 岩 粗砂岩等 硬度变化较大 普氏硬度 在 之间 见表 表 墨玉河矿主运输斜井巷道岩石分布情况 巷道长度 岩石成分岩石硬度 海相泥岩 页岩 细砂岩 中沙岩 泥岩 页岩 页岩 砂质泥岩 砂岩 中砂岩 粗砂岩 砂岩 页岩 砂岩 设备选择与试验 墨玉河煤矿所在地区的制造业 尤其是机械加工业非 常落后 另外工程进度非常紧张 而且人工成本也很高 作为 矿业国际公司投资方之一的北京汇永控股集团 为确保项目的成功实施 并降低运行成本 于 年下半 年起 组建专业队伍 在其国内所属矿井 试用相关岩巷 掘进机 进行岩巷掘进试验 由于存在爬坡困难 截割能 力不足 可靠性差 粉尘污染等问题 均未达预期效果 年 月 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司 与北京汇永控股集团就墨玉河煤矿掘进项目进行技术交流 首次提出了 型岩巷掘进机施工的解决方案 掘进机性能 掘进机是在 十一五 国家科技支撑计划项 目支持下 研制的一种新型超重型岩巷掘进机 该机采用 横着截割方式 在神华神东煤炭公司井下工业性试验中 全岩巷掘进月进尺达到 在新汶新巨龙公司全岩巷掘 进中 截割岩石普式硬度长期达到 以上 该机于 年通过山西省科技厅组织的技术鉴定 认为其总体技术达 到国际领先水平 该机在以下几方面实现技术创新 提高了悬臂式掘进 机硬岩截割能力 采用横轴式截割方式 具有截割稳定性好 破岩效 率高的特点 大幅提高了悬臂式掘进机的硬岩截割能力 首创双齿轮齿条回转机构 可提供恒定回转力矩 并采用非金属新材料作为大型平面支承 减小整机截割振 动 装载机构导向链轮前置 大幅提高装载机构主动受 料能力 提高装运效率 通过采用新的耐磨材料和焊接技术 提高截割头 装运机构等部件的耐磨性 依托计算机平台 提高整机的自动化控制水平 实 现遥控操作 集中自动润滑 截割断面监控和故障诊断等 功能 提高操作 维护的可靠性和方便性 采用气幕控尘原理 应用干式除尘技术 对巷道掘 进巷道粉尘进行有效控制 型掘进机主要技术参数见表 表 型掘进机主要技术参数 参数数值 经济截割硬度 适应断面 最大截割高度 最大截割宽度 适用坡度 总功率 截割电机功率 接地比压 行走速度 地隙 工作电压 机重 外形尺寸 国内试验 为确保加拿大墨玉河岩巷掘进项目的顺利实施 中国 煤炭科工集团太原研究院有限公司与北京汇永控股集团合 作 针对墨玉河煤矿的实际地质条件 对设备进行改进后 并在国内选择条件类似的巷道进行试验 试验地点选在神池华美奥宏远煤业有限公司主运输巷 该 巷道为全岩巷 岩石以细砂岩和沙质泥岩为主 硬度 巷道断面为 下山 采用锚网喷支护 排距 国内试验于 年 月 日正式开始 截止 月 日 去除非设备因素影响 实际掘进 共进尺 平均日进尺 最高月进尺 最高日进尺 年第 期 煤 炭 工 程 生产技术 最高小班进尺 试验期间 机组性能稳定 未发生影响 生产的较大机电事故 专项改进 国内试验获得成功后 项目组又针对墨玉河煤矿大坡 度 硬岩掘进以及对电气设备的特殊要求 进行了改进 提升设备调动能力与制动可靠性改进 大坡度掘进中 一方面要提高设备的调动灵活性 另 一方面必须确保制动的可靠性 提高设备调动灵活性 除 了足够的驱动力外 对地附着力也非常重要 而增高履带 板履刺是增加对地附着力最有效的一种方法 另外 行走 部增加制动器释放阀 提高了制动灵敏性与可靠性 并在 设备机架尾部增加矿用绞车牵引点 做为备用方案 以便 行走部出现故障时可以利用矿用绞车辅助牵引 供电及设备电控系统改进 针对加拿大矿业部对井下矿用电气设备的要求 掘进 机所使用的电机和电控箱内部部分元器件进行了变更 以 获得加拿大认证部门的应用许可 项目实施期间 墨玉河煤矿不具备电网供电条件 采 用了柴油发电机为设备生产供电的方案 由于柴油发电机 供电电压 电流不稳 为此 设备在电气系统保护方面进 行了一些特殊设计和优化 加大供电容量 采用三台 型柴油发电机组 机组功率 发电电压 两台工作 一台备用 采用四台供电变压器 一台 变压器为掘进机供电 一台 变压器为空压机 带式输送机 水泵 混凝土喷射机供电 并做为局部通风机备用电源 一台 变压器为局部通风机供电 另一台为地面设备供电 加强系统保护 变压器一次侧采用 真 空高防配电装置 具有过载 短路 漏电监视 过压 欠 压等保护功能外 并具有故障原因记忆查询功能 二次低 压低压馈电头对供电线路过载 过流 漏电 断相 无压 释放保护 保护到线路末端 加强巷道粉尘污染治理 系统设计中 将先进的 全自动干式除尘器 用于巷道粉尘治理 干式除尘器属袋式除尘器 的一种 依靠虑袋过虑粉尘 除尘器以压缩气体为清灰动 力 利用脉冲喷冲机构在瞬间放出压缩气体 使滤袋积聚 膨胀 依靠冲击振动和反向气流清灰的袋式除尘器 干 式除尘器主要由箱体 滤袋 清灰装置 压缩空气装置 刮板输送机等组成 除尘器除尘效率高达 设备应用情况 掘进机及配套除尘系统经海运运往加拿大墨玉 河矿区 年 月 运抵使用地 进行了组装调试 年 月 经加拿大 省矿业部审核通过 正式开始 使用 年 月 在克服发电机供电 大坡度掘进 岩石 硬度高 岩石普氏硬度 的巷道超过 等不利因 素 顺利完成了主井掘进施工 应用期间 掘进机 正常掘进平均日尺 平均月进尺 最高日进尺 最月进尺 最高班进尺 综合掘进效率为炮掘的 倍以上 巷道施工平均消耗截齿 把 但在应用中也发 现 当岩石普氏硬度 时截齿消耗数量会成倍增加 年 月 研究人员统计了该月的截齿消耗 从 年 月 日开始掘进白沙岩 粗砂岩 普氏硬度 截齿消耗急剧上升 月 日消耗达到最大 进尺 截齿消耗 把 年 月截齿消耗统计如图 所示 图 年 月截齿消耗统计 结 语 型掘进机在加拿大墨玉河煤矿主运输井巷大坡 度全岩巷掘进中的应用表明 型掘进机可以在倾角 为 岩石普氏硬度 的全岩巷掘进中长时间可 靠应用 验证了其在大坡度岩巷掘进中的高效率和可靠性 同时表明当岩石普氏硬度 时 截齿消耗会急剧上升 施工的经济性显著下降 该项目的实施 为大坡度全岩巷 掘进提供了可以借鉴的经验