张泽敏

（龙岩永定东中煤矿有限公司 福建龙岩 364012）

随着工业化的发展，我国的矿山开采频率越来越高［1］。我国的矿井地形特殊，通常利用挖掘机开采，传统的挖掘机开采方式的开采成本较低［2］，施工设备简单，但是由于效率低下，逐渐无法满足采矿施工的需求［3］。随着时代的发展，技术人员将斜井开采、斜立开采施工相结合，缩短了开采周期，节省了开采投资成本。早在2005 年，研究人员对矿山的开采状态进行了调查［4-5］，发现全国的新开矿中，约20%采用斜井开采。

经济发展稳定增长后，我国对矿产资源的需求达到了新高［6］，国家迫切需要提高矿物开采的效率，实现规模化开采，因此，投资大量资金，研发自动化开采设备。挖掘式装岩机是矿山开采设备的一种，可以在各种各样复杂的环境下进行高效施工［7］，增加了矿产资源的开采效率。因此，本文研究挖掘式装岩机在各种采矿施工中的应用效果，并将其与传统的装岩机进行对比，分析应用效果差异，为后续我国矿产资源的高效开采提供参考依据。

1.1 挖掘式装岩机结合转载机岩巷掘进施工

常规的岩巷掘进施工受到装岩机构造的影响，掘进施工效率极低［8］，应用挖掘式装岩机可以解决传统装岩机内部构件不适用的问题。挖掘式装岩机的部分组成如图1 所示。

图1 挖掘式装岩机部分组成示意图

由图1 可知，挖掘式装岩机具有结构简单和坚固耐用的优点。在转载机岩巷掘进的过程中，可以根据掘进使用量确定巷道倾角［9］，避免复杂地质给采矿施工造成的影响。

在复杂环境中，挖掘式装岩机主要采用输送刮板，并通过辅助装载设备将矿物转移至输送机。在矿物运输初期，首先设置耙斗的运行范围［10］，根据常规的矿物装岩状态选取8 m～12 m作为标准运行距离。令耙斗与装岩机接口相连，进而通过连接槽完成装岩工作。受采矿施工地址的影响，挖掘式装岩机的构建组成相对简单，没有冗余部件，避免了不必要的成本消耗。除此之外，在巷道地形复杂、起伏较大时，挖掘式装岩机可以进行拆分重组运输，结合钢丝绳的运行范围，解决转载机岩巷掘进施工中可能出现的运行失稳因素。

在挖掘式装岩机使用准备阶段，需要检查装岩机各部件的连接状态，确保其实现稳定可靠运行后再开始工作。在地形复杂和搬运困难的情况下，去掉原有装岩机的簸箕掌和过渡槽等组件，降低装岩机整体的质量，简化装岩机的安装步骤，从而使装岩机的工作效率和安全性能同时提高。

传统的装岩机在机岩巷掘进施工中可能存在装岩机主副绳磨损问题。挖掘式装岩机通过调整施工状态，设置稳定锚桩降低主副绳磨损速度，降低了岩巷掘进施工的成本，增加了施工效率。

1.2 巷道开口施工

根据采矿施工规定，具有爆炸危险的矿井在掘进过程中不能使用钢丝绳牵引装岩机，因此，在采矿施工中往往使用挖掘式装岩机进行排矸工作。在排矸处理时，挖掘式装岩机设置了不同的排矸高度，降低了排矸难度，排矸示意简图如图2 所示。

图2 挖掘式装岩机排矸示意图

由图2 可知，此时的挖掘式装岩机工作效率较高、耗时较短，但是受到挖掘式装岩机自身体积的影响，在工作前，计算耙装机转载的长度，计算公式如式（1）所示。

式中：G 代表装岩机自身体积；
B 代表转载基础数值。完成设置后，为了保证排矸正常运送，降低采矿效率，挖掘式装岩机通过排矸原理，设置吊挂式转载设备，缩短了安装距离。

结合采矿巷道的实际状态，展开开口施工。首先安装QZP-160 转载机，降低安装距离，并且根据巷道的延伸状态安装胶带机，短距离转载撤回后，安装SD-80 皮带，更换转载机头，形成以挖掘式装岩机为基础的运输系统，提高了施工效率。

挖掘式装载机解决了传统装载机的胶带机安装限制问题，但同时也存在机尾运载问题。因此改进挖掘式装岩机，通过单轨吊挂实现运输，设置单轨吊环，使其在保持掘进的同时，实现无缝连接及自由滑行，保证挖掘式装岩机的中心线与工作转载机中心线重合，有效地在轨道中滑行。并且为了增加滑行的稳定性，挖掘式装岩机通过安装规格为φ18 mm×64 mm的圆环链，实现短距离巷道开口施工。

1.3 大断面煤仓施工

通过挖掘式装岩机有效提高大断面煤仓的采矿施工效率，保证了施工的安全性。在施工过程中，首先利用ZFY-100反井钻机进行炮掘，若利用传统的装岩机无法清理矸石量较大区域，采矿效率受到严重的影响。通过挖掘式装岩机可以改良传统的生产工艺，提高施工效率。通常在指定的施工空间内，挖掘式装岩机可以利用砌筑进行支护，但这种支护方式过于依赖人工，对提高大断面煤仓的施工效率十分不利。

大断面煤仓一般都具有施工面较广、无断层的特点，一般使用综放工作面进行煤流转载，并储存。大断面煤仓上部以细砂岩为主，下部以粉砂岩为主，因在采矿工程施工的过程中，一般使用联合施工方式进行浇筑，其混凝土的强度较高。传统的施工方法主要利用装岩机进行施工，无法同时进行风动挖掘，需要使用人力清理矸石，然而挖掘式装岩机可以同时进行挖掘及装岩，在很大程度上，增加了大断面煤仓施工的施工效率，还将挖掘式装岩机与YT-24 风动凿岩机相结合，按照打眼、挖掘、清理原则进行施工，增加了施工的有效性。同时，在大断面煤仓立井挖掘时，设计符合矿井状态的起吊装置，安装起吊轮、支架将起吊装置固定在巷道板上，增加其可靠性。煤仓上口的工字钢板常常呈重叠排放，因此每块钢板必须稳固才能增加施工安全性，使用工字钢板设计了起吊行走平台，挖掘式装岩机可以在该起吊行走平台中进行工作，降低工作难度，提高工作效率。

1.4 综掘拐弯施工

传统的挖掘机在进行掘进的过程中，经常受到自身长度的限制，导致综掘拐弯困难。然而挖掘式装岩机从根本上提升了挖掘机的挖掘性能，增加了综掘拐弯施工的灵敏性。在综掘拐弯过程中，挖掘式装岩机往往与运输机和输送机相连，其综掘拐弯的灵活性主要由连接装置决定。在综掘拐弯施工前，根据采矿工程的状态进行施工优化，选取准确的施工位置，预判拐弯，截割切眼，保证锚杆间距并进行固定，待拉拔力达到一定数值后进行下一步操作。

在挖掘式装岩机工作过程中，首先利用单机拐弯斜进刀，待顶板完整后，再进行二次截割，掘进机附近还需要再分次截割。为了保证抹角的跨度，需要保证顺槽方向的总跨度在设计的范围内。上述工作完成后，安装输送机，如果存在割结受限的问题，在空处进行锚网支护，设置1 200 mm×1 200 mm 为标准排距，实时处理隐患，增加综掘拐弯施工的效率和安全性。

在利用挖掘式装岩机进行综掘拐弯施工的过程中，需要实时控制掘进机，保证其满足支护条件。如果存在需要同时支护工作，安排专业人员设置警戒，一般在装岩机卸载点向外不小于3 m 的地点拉设1 道警戒。如果存在施工掘进受阻的问题，需要立即发布停止信号，保证挖掘式装岩机实时进行匀速平稳处理。除此之外，挖掘式装岩机与其他设备协同作业时，挖掘式装岩机根据卸载点差异控制其他设备的工作障碍，避免存在平行作业风险，并且施工时，应在前探梁临时支护或永久支护的掩护下铲装，增加施工的有效性。

1.5 采矿施工工程安全及效率应用

挖掘式装岩机解决了传统装岩机可能存在的操纵钮触电问题。在结构设计方面，本文的挖掘式装岩机改进了控制接触器，使用50 cm×60 cm×40 cm 控制箱进行接触器移位处理，还增加了工作闸刀，方便进行实时断电，保证采矿施工工程的安全。如果在采矿施工过程中，挖掘装岩机出现失灵问题，需要立即检修，该工作闸刀还可以及时断电，保证检修的高效性。

如果在挖掘式装岩机工作过程中出现接触器失灵问题，采矿施工人员可以立即拉下工作闸刀，工作电源即可被关闭，保护了采矿施工人员的人身安全。在挖掘式装岩机内部还设置了30 cm×8 cm×8 cm 的封闭控制塑料盒，设置操作5 cm 的操作间距，保证操作按钮的灵活性。在采矿施工工程中，挖掘式装岩机设置了安全动力电缆线，增加了电缆线的总长度，避免操作室悬空出现的采矿施工安全问题。传统的装岩机在施工过程中受电源线和控制线的影响可能随时造成工作电缆损坏，严重影响了采矿施工的施工效率，因此挖掘式装岩机设计了固化加长电源线和控制线，使其可以在比较危险和复杂的区域进行采矿施工，避免出现矿石浪费、采矿效率低下的问题。除此之外，传统的装岩机宽度过大，在采矿施工过程中容易引起两侧施工人员受伤。挖掘式装岩机降低了两侧的宽度，增加了钢板的厚度，在保证采矿施工安全的同时保证了采矿施工的效率。传统的装岩机外部焊接过程中经常存在焊缝，这些焊缝一旦面临雨雪天气很容易产生腐蚀现象，影响装岩机的整体寿命。挖掘式装岩机在无焊缝焊接后还喷涂了防锈漆，从根本上降低了检修时间，提高了设备寿命，增加了设备的安全性。因此，挖掘式装岩机在保证采矿安全、提高采矿施工效率方面有重要的应用价值。

2.1 概况及准备

为了检测挖掘式装岩机在采矿施工工程中的实际应用价值，选取了龙岩永定东中煤矿四号矿井进行实例分析。该矿井为正常生产建设矿井，主要开采煤层童子岩组第一段39#、41#和第三段3#、20#、23#、28#、29# 煤层等7 个煤层，矿井保有资源量737.9 万t，+440 主井，+479 风井，+397 排水井，采矿施工使用的装岩机参数如表1 所示。

表1 装岩机参数

根据表1 中的装岩机参数，完成后续的采矿施工，矿井共布置5 个采掘工作面，分别为+150-20#E 采面、+150-20#W 采面；
掘进面分别为+150-39# 石门掘进面、+150-41# 石门掘进面、+150 南石门掘进面。矿井在+440 主井绞车房安装1 台JK-2×1.8/20 型单滚筒绞车，配套YBBP-400M1-8 矿用一般型电动机，功率250 kW，负责提煤、矸及物料；
在+440 副井安装1台RJY55-25/1000 型矿用架空乘人装置，配套YB3-280M-6型电动机，功率55 kW，负责运送人员。矿井采用蓄电池电瓶车牵引1 t U 型矿车进行运输。

矿井采用机械排水，在+150 m 水平井底车场附近设置中央排水泵房，水仓容积为1 304 m3，安装了3 台200DF43×7 型水泵，配套电机功率355 kW，安装2 趟直径Ф273 mm 排水管，排水管路长750 m，由+150 m 水平中央排水泵抽排至+397井口沉淀池，经地面井口沉淀池沉淀处理达标后排放。矿井在+480 m 标高的山坡上建有1 座300 m3的高位水池，通过主管DN150 mm 和DN100 mm 无缝钢管、焊接管覆盖全矿所有避灾线路。

2.2 应用结果与讨论

根据上述的概况及准备，选取若干个矿点，分别使用挖掘式装岩机和传统的装岩机进行装岩掘进工作，记录两者完成消耗的时间，应用结果如表2 所示。

由表2 可知，在相同矿点进行装岩工作时，挖掘式装岩机消耗的时间较短，证明挖掘式装岩机的工作效率较高，具有较高的应用价值。

表2 应用结果 单位：min

综上所述，工业化时代，矿山开采的装岩掘进效率与矿山开采的总体效率息息相关，在采矿施工技术持续进步的时代，研究挖掘式装岩机在采矿施工中的应用十分重要。因此，本文从不同的方面分析了挖掘式装岩机在采矿施工中的应用，并且分析实例。结果表明：在相同矿点进行装岩工作时，挖掘式装岩机消耗的时间较短，工作效率较高，具有一定的应用价值，可以作为后续矿山开采的参考依据。

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