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[摘 要]提高掘进速度是解决当前采掘失衡的关键问题，本文根据工作实际，介绍了国内首台适应煤矿下山掘进的钻装一体机的研制以及在李子埡南煤矿井下现场的实施情况。通过现场实践应用，发现使用钻装一体机施工下山比传统方法提高功效30%以上，经济效益明显。
[关键词]岩巷；下山；钻装一体机；应用
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）07-0271-01
1、立项背景
李子垭南煤矿开采井田位于华蓥山复式背斜的次一级构造李子垭向斜南段。矿井标高+580m，开采标高为+400m-+820m，目前主要开采的+580m水平以上煤层已接近收尾，正在布置下水平开拓巷道以便开采下水平煤层。为尽快形成工作面，提高掘进进度，李子垭南煤矿与石家庄煤机公司共同研制了目前国内首台±20°坡度大倾角集凿岩打眼功能与装载运输功能为一体的岩巷钻装一体机，以实现打眼出矸全机械化操作，减少劳动人员数量和劳动强度，达到简化工序、提高打眼质量、加快掘进进度的目的。
2、项目主要研究内容及技术方案
2.1 技术方案
结合现有煤矿岩巷掘进工艺及后续运输方式，本项目提出的矿用岩巷钻装一体机（本文简称“钻装机”），是在矿用挖掘式装载机和矿用全液压掘进钻车的基础上研制而成，融合了全液压钻机打孔速度快和挖掘式装载机装矸效率高的优点，在岩巷掘进中速度快、成本低、效率高、安全可靠，打孔和装载在同一台设备上进行的巷道掘进作业新工艺。在分析研究国内外岩巷掘进机械化装备的优缺点的基础上，结合我矿地质条件，所开发的矿用岩巷钻装一体机适用于坡度±20°的全岩巷道掘进，采用全液压控制，具有操作简单，钻进效率高，钻进速度快，装矸效率高等优点。该钻装机组能实现钻孔爆破作业后，及时对矸石渣由外向里（由上向下）进行装载清理作业，且两种作业能够快速互换，避免了更换设备浪费时间，降低劳动强度，加快掘进速度，其应用可大幅度提高煤矿掘进机械化作业水平，使掘进施工作业更加安全。
2.2 钻装机施工与传统施工工艺方案的比对
根据钻装机的性能参数与传统施工方案进行比对，钻眼及装岩速度均比传统方案快，且钻眼深度比使用风动凿岩机深0.9m，为深循环爆破创造了良好条件。钻孔效果与风动凿岩机相比，操作方便。使用风动凿岩机钻孔时，碛头工作人员距工作面较近，当迎头围岩不好时，容易引起片帮伤人事故的发生。且在使用风动凿岩机钻孔时，迎头上废气排放量大，夹杂着油雾污染，造成工作面空气环境差，能见度低，噪音大。使用风动凿岩机钻孔时，还需要人员扶风锤和搬动支架等一系列操作，劳动强度较大。而在使用钻装机钻孔时，前面操作人员远离工作面，避免了片帮伤人事故的发生；使用钻装机钻孔时不必排除废气，也没有废气所夹杂的油污造成的环境污染，提高了工作面的能见度。装岩也可直接通过钻装机上的一运刮板经二运皮带直接运送到主皮带上，边移动边出矸，且可见度高，免去了耙斗装岩机需人工在碛头挂导向轮的麻烦，大幅度减少了劳动人员组织。
3、项目应用实施情况
3.1 实施工作面概况
本次推广应用项目实施于+400m水平西翼首采区413采区皮带下山，413皮带下山位于李子垭向斜西翼+400m水平，是+400m水平煤层开采材料运输、通风的主要开拓巷道，413皮带下山巷道设计长度为602m，倾角为-20°。掘进断面形状为三心拱断面：掘进断面为S掘=13.32m2，净断面为S净=13.32m2，墙高1.9m，拱高1.2m，宽4.8m。该巷道布置于茅口组第二段（P1m2），巷道岩性为石灰岩，f=8-10，坚硬岩石。顶部为灰白色厚状石灰岩，厚约19.2m；下部为深灰色厚状灰岩，夹有薄层泥灰岩及钙质泥岩，含燧石。巷道围岩条件较好，采用裸体支护。该工作面水文地质简单，预计该面正常涌水量为3m3/h，最大涌水量为12m3/h，主要为巷道局部淋水和裂隙水。
3.2 钻装机掘进施工方案
413皮带下山采用全断面一次成巷，钻眼爆破法掘进，钻装机打眼及装矸，皮带运矸，各工序有机结合，在保证工程质量的同时全面提高该巷道掘进进度，充分利用钻装机钻眼深，钻眼速度快的优点，采用深循环爆破作业。
钻装机施工方法：用钻装机的钻臂进行打眼作业，爆破后，用钻装机的扒装部进行装载出矸作业，钻装机后接二运皮带，二运皮带连接下山主皮带，通过钻装机的一运溜子将矸石输送至二运皮带，通过二运皮带和下山主皮带将矸石输送至矸石仓。
3.3 过程中的改进措施
（1）413皮带下山由于存在负坡施工的特殊性，存在着炮眼利用率低，循环进度较低的问题。在钻装机使用初期，不管是采用楔形掏槽还是直眼掏槽，循环进度始终在0.5-0.8m，后来通过工程技术人员现场跟班写实，多方查找原因，发现是由于钻装机钻臂过长，掏槽眼的角度达不到设计要求，针对这一状况，我们将巷道断面由原来的4.4m宽增大到4.8m、高度由原来的2.8m增加到3m，同时在碛头中部施工2个∮89mm的空眼，以增加爆破时的自由面，并将原来的单一楔形掏槽改成双楔形掏槽，通过这一改进，循环进度逐步提升到1.3m，可却再也没有突破。后来我们对爆破参数进行系统的分析，采用排除法进行查找，发现我们所使用的炸药与炮眼不匹配，间隙效应对爆破效果的影响很大。其主要是由于钻装机所打的炮眼直径为42mm，施工好的炮眼直径在44mm左右，而我们所用的炸药直径为32mm，两径相差10mm以上，而爆破时两径相差在3-4mm时的间隙效应可基本消除，后使用直径40mm的炸药，在原来爆破参数不变的情况下使用这一炸药，循环进度进一步提高，一般保持在1.45m左右，有时可达1.5m及以上。
（2）413皮带下山由于是负坡皮带运输，出矸时原二运皮带运输矸石打滑，不能正常的运输矸石，后经分析，认为皮带摩擦力不够，将二运皮带的普通皮带换成条纹皮带，该现象得到了显著的好转。
（3）初期试验阶段钻装机出矸的扒、抓、运作缓慢，耙斗较小，严重影响了出矸速度，根据这一情况，我矿与厂家多方面查找原因，发现是扒抓液压管路进油孔较小造成，对其液压管路进油孔进行扩孔，耙爪加大后，出矸速度得到较大提高。
4、方案比较及取得的技术经济效果
（1）采用钻装机施工每月进度为130.5m，比传统方案每月进度90m单进提高40.5m/月，413皮带下山用钻装机施工可提前2个月完成。按年度计算，一个开拓队全年提高进尺486m，其经济效益显著。
（2）采用钻装机施工每班劳动人员比原传统方案劳动人员减少6人，按每人45000元/年计算，一年可节约人工工资270000元。
5、结论
本项目通过在413皮带下山试验应用，连续3个月月进尺达到了130m以上，且劳动人员组织比传统劳动人员组织减少6人，提高岩巷下山掘进工效31%，所施工巷道符合质量标准，项目实施期间无重伤及以上事故发生，降低了掘进成本，达到了预期的目标，证明该项目已取得了成功。
参考文献
[1] 杨国平，刘忠。现代工程机械与液李实用技术[M].北京：人民交通出版社，2003.
[2] 王一群，高殿荣。液压工程师技术手册[K].北京：北京工业出版社，2009.
作者简介
唐忠亮（1975-），男，重庆合川人，采矿工程师，李子垭南煤矿采掘副总工，大学本科，主要从事煤矿采掘技术管理工作。
[关键词]岩巷；下山；钻装一体机；应用
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）07-0271-01
1、立项背景
李子垭南煤矿开采井田位于华蓥山复式背斜的次一级构造李子垭向斜南段。矿井标高+580m，开采标高为+400m-+820m，目前主要开采的+580m水平以上煤层已接近收尾，正在布置下水平开拓巷道以便开采下水平煤层。为尽快形成工作面，提高掘进进度，李子垭南煤矿与石家庄煤机公司共同研制了目前国内首台±20°坡度大倾角集凿岩打眼功能与装载运输功能为一体的岩巷钻装一体机，以实现打眼出矸全机械化操作，减少劳动人员数量和劳动强度，达到简化工序、提高打眼质量、加快掘进进度的目的。
2、项目主要研究内容及技术方案
2.1 技术方案
结合现有煤矿岩巷掘进工艺及后续运输方式，本项目提出的矿用岩巷钻装一体机（本文简称“钻装机”），是在矿用挖掘式装载机和矿用全液压掘进钻车的基础上研制而成，融合了全液压钻机打孔速度快和挖掘式装载机装矸效率高的优点，在岩巷掘进中速度快、成本低、效率高、安全可靠，打孔和装载在同一台设备上进行的巷道掘进作业新工艺。在分析研究国内外岩巷掘进机械化装备的优缺点的基础上，结合我矿地质条件，所开发的矿用岩巷钻装一体机适用于坡度±20°的全岩巷道掘进，采用全液压控制，具有操作简单，钻进效率高，钻进速度快，装矸效率高等优点。该钻装机组能实现钻孔爆破作业后，及时对矸石渣由外向里（由上向下）进行装载清理作业，且两种作业能够快速互换，避免了更换设备浪费时间，降低劳动强度，加快掘进速度，其应用可大幅度提高煤矿掘进机械化作业水平，使掘进施工作业更加安全。
2.2 钻装机施工与传统施工工艺方案的比对
根据钻装机的性能参数与传统施工方案进行比对，钻眼及装岩速度均比传统方案快，且钻眼深度比使用风动凿岩机深0.9m，为深循环爆破创造了良好条件。钻孔效果与风动凿岩机相比，操作方便。使用风动凿岩机钻孔时，碛头工作人员距工作面较近，当迎头围岩不好时，容易引起片帮伤人事故的发生。且在使用风动凿岩机钻孔时，迎头上废气排放量大，夹杂着油雾污染，造成工作面空气环境差，能见度低，噪音大。使用风动凿岩机钻孔时，还需要人员扶风锤和搬动支架等一系列操作，劳动强度较大。而在使用钻装机钻孔时，前面操作人员远离工作面，避免了片帮伤人事故的发生；使用钻装机钻孔时不必排除废气，也没有废气所夹杂的油污造成的环境污染，提高了工作面的能见度。装岩也可直接通过钻装机上的一运刮板经二运皮带直接运送到主皮带上，边移动边出矸，且可见度高，免去了耙斗装岩机需人工在碛头挂导向轮的麻烦，大幅度减少了劳动人员组织。
3、项目应用实施情况
3.1 实施工作面概况
本次推广应用项目实施于+400m水平西翼首采区413采区皮带下山，413皮带下山位于李子垭向斜西翼+400m水平，是+400m水平煤层开采材料运输、通风的主要开拓巷道，413皮带下山巷道设计长度为602m，倾角为-20°。掘进断面形状为三心拱断面：掘进断面为S掘=13.32m2，净断面为S净=13.32m2，墙高1.9m，拱高1.2m，宽4.8m。该巷道布置于茅口组第二段（P1m2），巷道岩性为石灰岩，f=8-10，坚硬岩石。顶部为灰白色厚状石灰岩，厚约19.2m；下部为深灰色厚状灰岩，夹有薄层泥灰岩及钙质泥岩，含燧石。巷道围岩条件较好，采用裸体支护。该工作面水文地质简单，预计该面正常涌水量为3m3/h，最大涌水量为12m3/h，主要为巷道局部淋水和裂隙水。
3.2 钻装机掘进施工方案
413皮带下山采用全断面一次成巷，钻眼爆破法掘进，钻装机打眼及装矸，皮带运矸，各工序有机结合，在保证工程质量的同时全面提高该巷道掘进进度，充分利用钻装机钻眼深，钻眼速度快的优点，采用深循环爆破作业。
钻装机施工方法：用钻装机的钻臂进行打眼作业，爆破后，用钻装机的扒装部进行装载出矸作业，钻装机后接二运皮带，二运皮带连接下山主皮带，通过钻装机的一运溜子将矸石输送至二运皮带，通过二运皮带和下山主皮带将矸石输送至矸石仓。
3.3 过程中的改进措施
（1）413皮带下山由于存在负坡施工的特殊性，存在着炮眼利用率低，循环进度较低的问题。在钻装机使用初期，不管是采用楔形掏槽还是直眼掏槽，循环进度始终在0.5-0.8m，后来通过工程技术人员现场跟班写实，多方查找原因，发现是由于钻装机钻臂过长，掏槽眼的角度达不到设计要求，针对这一状况，我们将巷道断面由原来的4.4m宽增大到4.8m、高度由原来的2.8m增加到3m，同时在碛头中部施工2个∮89mm的空眼，以增加爆破时的自由面，并将原来的单一楔形掏槽改成双楔形掏槽，通过这一改进，循环进度逐步提升到1.3m，可却再也没有突破。后来我们对爆破参数进行系统的分析，采用排除法进行查找，发现我们所使用的炸药与炮眼不匹配，间隙效应对爆破效果的影响很大。其主要是由于钻装机所打的炮眼直径为42mm，施工好的炮眼直径在44mm左右，而我们所用的炸药直径为32mm，两径相差10mm以上，而爆破时两径相差在3-4mm时的间隙效应可基本消除，后使用直径40mm的炸药，在原来爆破参数不变的情况下使用这一炸药，循环进度进一步提高，一般保持在1.45m左右，有时可达1.5m及以上。
（2）413皮带下山由于是负坡皮带运输，出矸时原二运皮带运输矸石打滑，不能正常的运输矸石，后经分析，认为皮带摩擦力不够，将二运皮带的普通皮带换成条纹皮带，该现象得到了显著的好转。
（3）初期试验阶段钻装机出矸的扒、抓、运作缓慢，耙斗较小，严重影响了出矸速度，根据这一情况，我矿与厂家多方面查找原因，发现是扒抓液压管路进油孔较小造成，对其液压管路进油孔进行扩孔，耙爪加大后，出矸速度得到较大提高。
4、方案比较及取得的技术经济效果
（1）采用钻装机施工每月进度为130.5m，比传统方案每月进度90m单进提高40.5m/月，413皮带下山用钻装机施工可提前2个月完成。按年度计算，一个开拓队全年提高进尺486m，其经济效益显著。
（2）采用钻装机施工每班劳动人员比原传统方案劳动人员减少6人，按每人45000元/年计算，一年可节约人工工资270000元。
5、结论
本项目通过在413皮带下山试验应用，连续3个月月进尺达到了130m以上，且劳动人员组织比传统劳动人员组织减少6人，提高岩巷下山掘进工效31%，所施工巷道符合质量标准，项目实施期间无重伤及以上事故发生，降低了掘进成本，达到了预期的目标，证明该项目已取得了成功。
参考文献
[1] 杨国平，刘忠。现代工程机械与液李实用技术[M].北京：人民交通出版社，2003.
[2] 王一群，高殿荣。液压工程师技术手册[K].北京：北京工业出版社，2009.
作者简介
唐忠亮（1975-），男，重庆合川人，采矿工程师，李子垭南煤矿采掘副总工，大学本科，主要从事煤矿采掘技术管理工作。