1、附件 1神华宁夏煤业集团公司科技创新项目立项建议书项目名称： 大坡度下山综掘施工工艺的应用研究 申报单位： 神宁集团灵州建井工程公司 联 系 人： 陈铁军 联系电话： 09516962682 申报日期： 2010 年 12 月 合作单位： 联系人及电话： 神华宁夏煤业有限责任公司战略管理部制订2010 年 12 月 10 日一、立项背景（一、本课题立项的依据、目的、作用和意义；二、分析国内外同类项目的技术现状及发展趋势、达到的技术水平和尚未解决的技术关键等）（一）立项的依据煤巷综合机械化掘进由悬臂式掘进机、转载机、可伸缩带式输送机（或刮板输送机） 、单体锚杆钻机、通风除尘设备及供电系统等设备组
2、成。悬臂式掘进机、可伸缩带式输送机是煤巷机械化掘进的关键设备，掘进机及配套运输设备的性能对于提高掘进工效和掘进进尺具有重要作用。羊场湾煤矿 120205 工作面机巷、120206 工作面风巷施工范围内受黑疙瘩背斜、山疙瘩向斜影响，煤层产状变化较大，走向 220350，倾向 130260，倾角 620，巷道施工时坡度起伏变化较大。120205 机巷、120206 风巷均由建井工程有限公司综锚一队施工，使用 EBZ160型综掘机掘进、DSJ100/80/160 胶带运输机配合运输。120205 机巷于 2010 年 8 月 13 日开工，9 月上旬工作面施工至 500 米处时巷道坡度大于 16，施
3、工至 650 米时巷道坡度增至 20，12 月初施工至 830 时巷道坡度逐渐减小至 13。施工 550 米830 米期间，月施工进度在 90 米左右。120206 工作面风巷巷道断面为矩形，支护方式为锚网、钢带、锚索联合支护，掘进宽度 4700mm，掘进高度 4000mm，掘进断面积为 18.8m2。帮、顶锚杆支护间、排距为 8001000mm，矩形布置；顶板铺设 68001000mm 金属网；每排顶锚杆压一根钢带，钢带采用长 5200mm W28035200-1000-7 型钢带。两帮全断面铺设菱形网（网孔尺寸为 5050mm，网片规格为 35001000mm） 。施工中循环进度 1.0
4、米。每日 12 个正规循环，月施工进度 300 米。羊场湾煤矿 120205、120206 工作面为该煤矿 2011 年生产接续工作面。120205机巷与 120206 风巷为平行巷道，巷间距 40 米，根据 120205 机巷揭露煤岩层赋存情况，120206 风巷工作面部分巷道坡度也会在 1620之间，长度预计在 400米左右。为了缓解接续紧张的局面，提高大坡度下山巷道综掘单进水平，解决大坡度下山综掘施工的施工工艺问题，结合 120205 机巷施工经验，对“大坡度下山巷道综掘施工工艺的研究及应用”进行过关，特提出本项目。（二）立项的目的和意义随着宁东矿区各生产矿井的相继投产，各煤矿工作面布置
5、受地质构造的影响也凸显出来，大的向斜与背斜、大落差断层严重制约着工作面的正常施工。各矿井综采工作面的回采巷道实际施工过程，风机两巷受地质构造影响导致起伏形成上下山掘进巷道已很多见，此类工作面具有以下特点：1）掘进工作面受地质构造影响，特别是在向背斜过度、穿断层施工过程中巷道坡度大都不会小于 10，形成上下山巷道；2）工作面坡度在大于 16时使用综掘机掘进困难，大多改为炮掘施工；3）工作面坡度大于 16的下山掘进时，向上运输工作面的煤渣困难，距离越长，皮带受力越大；大块物料出现滑、滚现象，威胁作业人员安全；4）工作面坡度大于 16时，工作面辅助运输困难，支护材料、机械设备运输运输成本高；5）在背
6、斜轴部、断层附近工作面顶板破碎、围岩松软，支护困难；6）工作面循环进度小，掘进速度低。实践证明：原有的综掘施工工艺已难以实现快速掘进的目的，设备维护量大、人力投入多、支护困难、单进水平低，严重影响矿井正常的生产接续。为了实现在现有的施工装备条件下的安全掘进，必须探索出安全、经济、快速的施工工艺。通过总结羊场湾煤矿 120205 工作面机巷大坡度下山段的施工经验，在认真分析研究的基础上，在施工 120206 工作面风巷大坡度下山段过程中，寻求解决此种条件下快速施工工艺，达到安全、经济、快速的目的。这一课题的研究成功，对促进宁东矿区大坡度下山巷道快速掘进具有重要意义。（三）研究现状1.大坡度下山巷
7、道施工现状目前国内很多科研单位及矿山企业都开展了大坡度下山设备和施工方法的研究解决大坡度巷道的施工难题，不断提高大坡度下山掘进的单进水平，主要采取了以下方法：1）通过综掘施工改炮掘施工，解决下山巷道中综掘机调动不灵活的难题。炮掘施工时工作面采用人工出渣、刮板运输机与皮带配合运输或耙岩机与皮带配合运输。2）通过对综掘机的装载部、行走部、装机功率等进行改进解决综掘机的稳定性、物料装运及顺利行走等问题。铲板装载机构采用蟹爪式或五爪星轮(实践证明，此种工况下五爪星轮的装料效果比三爪星轮好)。加大行走驱动装置功率，提高输出扭矩，以保证有足够的驱动力；采用整体铸造高强履带板，履翅加高到20mm，以便改善综
8、掘机对底板的附着力，增加有效驱动力。因综掘机工作在大坡度工况及底板情况不同，机器自身产生滑动的可能性较大，这给生产安全带来一定的隐患，为此增加了一些辅助装置，如防侧滑油缸，倒车油缸(可作为防下滑油缸用)以提高机器本身的稳定性。设置慢速调度绞车，协助提高综掘机调动的灵活性，解决大坡度工况下，综掘机适应各种底板条件有效行驶的问题。3）下山掘进采用大倾角胶带输送机运输，考虑下山掘进出矸时，矸石可能向下滚落，在皮带架两侧安装防护网。2.大坡度下山巷道炮掘施工与综掘施工比对以羊场湾煤矿120205机巷为例，进行延米造价、施工进度、施工工艺、配套设备等几方面进行比对：1）延米造价：综掘施工为8700元/米
9、，如改为炮掘施工将达到11500元/米，为综掘的1.32倍。2）施工进度综掘施工时通过对综掘机截割部、行走部、运输部进行改进，配套使用大倾角皮带，月施工进度能够达到180米/月。如果改为炮掘施工，每班两循环，月施工进度最多能达到80米/月，同比降低50%。3）施工工艺综掘施工生产环节少、作业人员少，虽然增加了辅助设备（调度绞车），但安全可靠性高；如改为炮掘施工，作业环节复杂，作业人员多，安全管理难度大、人工费用高。4）配套设备综掘施工时机械化程度高，安全系数高；炮掘施工时需要增加刮板运输机、耙岩机等设备，设备管理难度增加，安全管理难度大。二、项目的可行性分析论证（主要分析项目实施的技术难点和技
10、术关键以及产品市场需求方面有利与不利因素、风险程度，研究单位具备的技术条件、手段及专业研究开发队伍的保证能力，预期达到的效果、目标包括主要技术指标和经济、社会效益指标，课题完成后达到的技术水平、创新点、推广应用前景等）（一）技术难点和技术关键1、在不更换现有使用的 EBZ160 型综掘机的条件下，如何做到综掘机在大坡度下山施工过程中，综掘机正常倒退、快速拉移后配套皮带机尾必须采取辅助设备和防滑措施。EBZ160 型综掘机一般适用于16以下的上、下山巷道掘进，在掘进过程中如果碰到大坡度下山（16以上），综掘机易下滑，后退、拉移后配套皮带机尾困难，一般情况下是采用炮掘。工作面甩掉综掘机使用炮掘时，
11、工作面月施工进度最多为 80 米/月，工作面还需安设一部 40 改刮板机配合胶带输送机运输。下山施工的工作面坡度大于 16时，掘进机容易发生下滑，其原因有两个：大坡度综掘机的一个关键问题是如何解决机器的调动，因为在较大的坡度下，机器对地面的有效压力为重力的分力，根据公式，有效附着力在其它条件不变的情况下，随坡角增大将减小。综掘机调动的灵活性取决于有效驱动力与行驶阻力的比值，比值越大，调动越灵活。有效驱动力取决于以下两种力中较小的一个：驱动装置所能产生的驱动力、机器对底板的附着力。下山施工时，工作面迎头容易积水，积水不能及时排除时，综掘机在自重作用下容易沉陷在工作面的淤泥积水中，所以，保证工作面
12、干燥是解决综掘机大坡度下山掘进的又一个关键问题。2.对于大坡度下山施工中胶带运输机如何实现向上运输煤渣，必须采取更换皮带或采取防止物料下滑、滚落的专项措施使之得以解决。在巷道上、下山坡度较大时，倾角较大的上、下山运输、曲率半径较小的凹段问题就无可避免，相应在解决在带式输送机运输中倾角较大的上下山撒煤跑矸问题、皮带过曲率半径较小的凹段的问题时，是解决综掘机大坡度下山掘进的又一个关键问题。3.下山巷道背斜、向斜或断层等地质构造的影响，部分地段围岩破碎，大坡度下山巷道快速支护是确保掘进施工安全的关键关节。（二）研究单位具备的技术条件、手段及研发队伍的保证能力灵州建井工程有限公司自 2004 年 4
13、月组建以来，安全生产经营规模逐年增长。目前，承担着宁东矿区 7 个生产、基建矿井的井巷工程施工任务，年掘进进尺达 50000m 以上，涵盖了宁东矿区各种性质特点的工程井巷，积累了丰富的施工技术和施工工艺，拥有较为齐全的技术装备和较高的现场管理水平。灵州建井工程有限公司拥有矿建、机电等专业技术人员 40 多名，具有丰富的软岩、大断面、复杂地质构造巷道施工经验，并在取得了成功经验。（三）预期达到的效果和目标1.主要技术指标巷道掘进速度提高至 180 米/月。综掘机及胶带运输机的检修费减少 30%；2.直接经济效益实现现有施工技术装备条件下，大坡度掘进月进度提高至 180 米/月，减少了设备维修成本
14、，大大降低巷道总体支护成本。3.间接经济效益通过辅助设备协助综掘机实现正常进退，能够明显提高掘进速度。综掘机快速调动，提高了皮带拉移速度，提高了掘进出煤量；通过使用大倾角皮带运输，减少了撒矸跑煤的清扫量，大大降低了工人的劳动强度；通过对皮带架两帮加装防护网，避免了大块煤矸滚落伤人事故的发生。4.社会效益这一课题的研究成功，对促进宁东矿区巷道掘进技术的发展具有重要的意义，对于大坡度巷道的施工提供了先进的施工技术途径。（四）项目达到的技术水平通过本课题的研究，将对羊场湾煤矿大坡度巷道施工情况有了更充分的了解，在此基础上对大坡度巷道施工制定适合大坡度下山巷道的施工工艺，并采用相应的综掘配套设备，满足
15、矿井安全生产的需要。（五）创新点施工大坡度下山巷道时，采用配套的改装设备、增加辅助设施及运输设备。（六）推广应用前景这一课题的研究成功，对促进整个宁东矿区大坡度巷道综掘施工成功具有重要的意义，同时为其它矿区类似条件下的巷道支护技术提供了一条新的途径。三、研究内容与预期目标（主要研究或试验内容和项目实施解决的技术关键、技术难点、创新性以及项目实施后预期达到的主要技术经济指标等，目标要具体，包括阶段目标和最终目标及推广应用目标）（一）主要研究内容针对羊场湾煤矿120205机巷施工情况的现场观测，120206风巷大坡度综掘施工工艺课题重点研究如下内容：1.羊场湾煤矿120206风巷地质资料的收集、分析与整理；2.原施工工艺分析与评价，确定施工效率低、维护费用高的原因；3.现场施工参数测试，分析施工环节各参数的匹配性及合理性；4.通过科学分析，确定合理的施工工艺，主要包括如下内容： 基本地质条件分析与评价； 运输系统分析与评价； 综掘掘进能力的分析与评价；巷道支护体系的优化与确定。针对锚网索支护与循环进度关系进行研究。5.现场施工及技术培训，根据现场条件进行施工工艺优化；6.推广应用。（二）预期达到的技术经济指标（1）在原有施工条件下，采用大坡度综掘施工工艺掘进效率比炮掘施工工艺提高 200%。（2）采用大坡度综掘施工月进尺达 180 米以上；四、实施方案与进度安排
