大坡度下山巷道综掘施工研究与应用项目谋划方案书.docx
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大坡度下山巷道综掘施工研究与应用项目谋划方案书
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：
0951——6962682
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220°～350°，倾向130°～260°，倾角6°～20°，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800×1000mm，矩形布置；顶板铺设6800×1000mm金属网；每排顶锚杆压一根钢带，钢带采用长5200mmW280×3×5200-1000-7型钢带。
两帮全断面铺设菱形网（网孔尺寸为50×50mm，网片规格为3500×1000mm）。
施工中循环进度1.0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16°～20°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。
①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）。
②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；
③采用整体铸造高强履带板，履翅加高到20mm，以便改善综掘机对底板的附着力，增加有效驱动力。
④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。
⑤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，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，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：
①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。
②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
①巷道掘进速度提高至180米/月。
②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，大大降低巷道总体支护成本。
3.间接经济效益
①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。
②综掘机快速调动，提高了皮带拉移速度，提高了掘进出煤量；
③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；
④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：
①基本地质条件分析与评价；
②运输系统分析与评价；
③综掘掘进能力的分析与评价；
④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
（项目实施采用的研究、试验方法，采用的技术手段，技术原理和工艺技术路线，项目实施的起止时间，年度进度安排及月度计划工作内容等）
项目的实施共分为现场调研、理论分析及措施编制、施工前准备及试验、施工调整、验收报告的编制及推广应用等5个阶段。
第一阶段：
现场调研
2010年12月15日-12月30日，进场准备，资料分析，现场调研。
第二阶段：
理论分析及措施编制
2011年01月01日-01月10日，方案确定，组织编写施工组织设计和安全技术措施。
第三阶段：
施工前准备及试验
2011年01月11日-01月30日，组织进行大坡度综掘机掘进现场实施；
1、对综掘机行走履带、运输物料刮板、支撑油缸等进行改进；
2、安装慢速调度绞车协助综掘机调动；
3、更换大倾角皮带，并加装防护网。
第四阶段：
施工调整
2011年02月-03月，针对大坡度综掘施工工艺进行分析、调整、改进和完善，优化配套参数，使其达到最佳的掘进速度和效益。
第五阶段：
验收报告的编制及推广应用
2011年04月，对大坡度综掘施工工艺施工过程和结果进行总结，对研究成果进行跟踪，对新出现的问题设立课题进行研究处理。
2011年04月底，总结推广。
五、现有工作基础和条件
（研究单位和实施单位现有技术基础及条件包括现有仪器设备情况，课题组成员专业技术基础和主要工作业绩，项目研究具备的技术条件和保证能力；对本课题前期所作的主要工作）
1、灵州建井工程有限公司自2004年4月组建以来，不断发展壮大，在册人员1200多人。
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40000m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和丰富经验，矿建、测量、地质、机电技术力量雄厚，为项目的顺利实施提供了有力的技术保证。
2、项目参加和管理人员熟悉巷道支护相关理论，有着丰富的现场实践经验，为项目的成功提供有力的人力保证。
3、灵州建井工程公司综锚一队在羊场湾煤矿120205机巷进行了类似条件下的施工，有比较近似的施工技术条件，为项目的实施提供了环境上的保证。
六、承担单位和主要协作单位及分工（）
（包括研究、试制、试验各阶段的各单位的分工和承担的责任）
灵州建井工程有限公司：
协调和联系实施场地及收集相关现场技术资料，进行现场调研和工业试验工作，负责项目的组织协调工作、科研项目的鉴定工作及其承担项目的工程投资及其相关科研费用。
七、效益预测
（一）经济效益预测
1、按照项目目标巷道掘进速度在原有基础上提高200%计，120206风巷可在70天内完成大坡度段施工。
如果采用炮掘施工工艺，大坡度段施工至少需150天才能完成。
2、在相同投入条件下每年可为公司创造毛收入960×1.5=1440万元。
（二）社会效益预测
本项目的研究，将有效解决目前宁东矿区大坡度巷道施工缓慢、单进水平低和接续紧张的问题，这一难题的解决，对确保公司的发展将产生深远影响。
八、年度计划及经费预算
说明：
经费预算主要包括以下内容，根据性质不同，单个科目可包括其中某几项内容。
经费预算表
科 目
价 格（万元）
备 注
一、人员研究费
0
二、设备费
100
1．购置费（特殊需要）
100
2．试制费（包括样机）
三、相关费用
1.5
1．材料费
打印复印、装订材料
2．燃料及动力费
3．测试及化验费
对支护设备易耗件质量进行测试
4．会议及差旅费
0.5
5．资料及咨询费
1.0
专家咨询、资料检索、资料购置
6．直接管理费
7．知识产权费
四、生产性试验或现场试验费
1.0
现场实验及试验室模拟实验
1．现场人员费
安排专人做与项目有关的工作
2．材料及设施费
实验室模拟实验
3．交通费
五、其他费用
1
合计
103.5
九、课题组成员
序号
姓名
单位
职务
职称
联系电话
01
王立峰
灵州建井工程公司
经理
高工
02
陈铁军
灵州建井工程公司
总工程师
高工
03
雍学毅
灵州建井工程公司
副经理
工程师
04
苑振山
灵州建井工程公司
副经理
工程师
05
王珩
灵州建井工程公司
掘进副总
工程师
06
郑天刚
灵州建井工程公司
机电副总
工程师
07
邹洪伟
灵州建井工程公司
工程科副科长
助理工程师
08
刘建宁
灵州建井工程公司
综锚一队技术员
助理工程师
09
刘志勇
灵州建井工程公司
综锚一队技术员
助理工程师
10
11
12
13
十、其他需要说明的问题
十一、申报单位意见
申报单位名称：
（公章）
单位领导（签字）：
年月日
十二、科技发展部审核意见
神华宁夏煤业集团有限责任公司:
（公章）
负责人（签字）：
年月日
神华宁煤集团公司科技创新项目申报简表
项目名称
大坡度下山综掘施工工艺的应用研究
申报单位
灵州建井工程公司
经费预算
万元
起止日期
2010年12—2011年4月
主要研究内容、预期成果与效益
1．项目立项的必要性
随着宁东矿区各生产矿井的相继投产，各矿井工作面布置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施工进度，导致部分矿井接续非常紧张，严重威胁着矿井的正常生产。
本项目根据集团实际情况，以提高掘进效率和施工安全为根本，对矿区大坡度下山巷道掘进问题进行研究，有针对性的对主要矿井的综掘设备、运输设备进行研究。
2．主要研究内容
1）在现有施工装备条件下，对施工工艺、参数进行分析调整，对综掘机型号、截割速度、行走速度、运输能力及后配套胶带运输机运输能力等适用性进行评价，对设备的质量进行监督和优化选择，提高掘进施工速度；
2）对综掘施工工艺进行研究，在特定矿井条件下，充分发挥综掘施工优势，对大坡度施工条件下综掘施工的工作效率跟踪调查，优化作业方式、施工速度，达到快速施工目的。
3．预期目标（实施效果，包括效益预测）
1）在现有施工条件下，施工速度提高200%；
2）大坡度下山巷道施工月进尺达到180米以上；
4．经费构成
经费由设备费、材料及咨询费、其他费等构成，总计103.5万元。
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