煤矿井下液压式岩石劈裂机破岩的应用与改进

翟党帅

(山西潞安集团 司马煤业公司，山西 长治 047105)

1 传统破岩方式

煤矿井下采掘作业过程中，由于煤层厚度及坡度变化、遇地质构造、矿压显现、巷道维修等情况，会产生较多的零星工程破岩作业。对于这些零星破岩作业，大型破岩设备因作业空间、辅助运输等因素难以投入使用，且大型破岩设备安装费时费力，成本投入高，经济效果差。但这些零星破岩作业往往会对正常的采掘作业等造成一定程度的影响，需要及时进行处理。

1.1 人工风镐和爆破破岩方式

对于工作量较小的破岩作业，一般可以采取人工风镐破岩的施工方式；对于工作量较大的破岩作业，一般可以采取爆破破岩的施工方式。但实践证明，以上两种破岩方式在实际应用中存在一定的局限性。人工风镐破岩作业人员劳动强度大、施工效率低、工程施工周期长，且对于普氏系数较高的坚硬岩石风镐无法破岩；爆破破岩时，因井下爆破作业为特殊作业，爆破工艺环节多、震动大，不能与其他作业进行平行作业，且对周边设施、支护可能会造成较大破坏，也有可能造成瓦斯爆炸等大的事故，该种破岩方式给煤矿带来了较大的安全隐患[1-2]。

1.2 无声破碎剂破岩方式

随着工业的发展，产生了一种新的破岩产品——无声破碎剂。该产品在城市土建的混凝土和岩石破碎中应用较多，是一种无机盐，呈粉末状态。在施工时采用钻机打孔，然后将无声破碎剂粉末加入适量水调成流动状浆体，再将浆体灌入钻孔内。无声破碎剂遇水会产生化学作用，随着时间的推移，无声破碎剂会逐步凝固、变硬，对周边岩体产生膨胀压力，从而使需要破碎的岩体开裂、破碎。

司马煤业公司自2017年开始应用无声破碎剂，在水仓拉底、开挖基础坑、扩帮等作业中使用无声破碎剂对岩体进行破碎。该种破岩方式能够较好地规避人工风镐和爆破破岩存在的不足和风险，在较多零星工程破岩作业中均可以实现替代。但采用无声破碎剂破岩，需要打设大量钻孔，一般孔间距为200～300 mm，深度800 mm，灌浆后需等待3～5 d才能产生开裂效果，因此在开挖岩石前需要提前进行灌浆预裂，此种破岩方式对于一些临时性、紧急的零星破岩工程适应性较差。

2 新型破岩方式——手持式液压岩石劈裂机

为了实现煤矿井下零星工程破岩作业的安全、高效，同时有效避免传统破岩方式带来的不利影响，通过积极调研，借鉴采石工艺，2021年司马煤业公司引进了1台手持式液压岩石劈裂机。该劈裂机由气动液压动力站、分裂枪两部分组成(如图1所示)，通过井下压风启动液压动力站，将高压油通过高压胶管输送至插至钻孔内的分裂枪，分裂枪对两侧的楔块产生压力作用至孔壁，从而达到岩石劈裂的效果[3-4]。

图1 手持式气动液压岩石劈裂机示意

3 液压式岩石劈裂机的工程实施

3.1 工程概况

以临时水仓为例，沿煤层底板施工临时水仓上部硐室，宽4 m、长5 m、高3.2 m。自煤层底板向下开挖底板岩石作为临时水仓沉淀池，实现蓄水功能，沉淀池宽4 m、长4 m、深1 m，需破岩体积为16 m3。底板岩性为粉砂岩，普氏系数5～6，属于坚硬岩石。在沉淀池破岩区域(16 m2)，均匀布置钻孔，钻孔直径42 mm、深度1 m，孔间距500 mm，共计25个钻孔。

3.2 准备工作

1) 开机前检查压力油量是否符合油标指示要求(需达到油标 2/3 以上)。

2) 理顺油管，避免油管弯曲过大，锁紧每个快速接头。

3) 分裂枪头两斜面均涂高压润滑脂，扣好两侧楔片，楔片不歪扭、不开缝，确保楔片中无砂石杂物。

4) 将分裂枪枪头插入孔内。

3.3 破岩施工及注意事项

1) 开启压风阀门，将液压动力站供液手柄搬到供液位置，液压动力站开始向分裂枪内供液，此时手持式液压劈裂机楔器向外伸出，手持式液压劈裂机开始劈裂岩石。

2) 劈开岩石后，将液压动力站供液手柄搬到回液位置，分裂枪回位实现卸压。

3) 每次劈裂6孔完毕后，进行下一循环劈裂剩余钻孔。

4) 注意事项：劈裂时人员必须站至分裂枪以外安全地点；采用可承受压力不小于60 MPa的高压胶管，无破损；液管接口必须连接牢固；劈裂时观察好压力表，供液压力不得超过60 MPa；完成劈石作业后，应卸油压，关闭油泵以免油温过高；当油面低于液位计长度的1/3 时，必须加注液压油；当压力油工作了一定时间以后(一般为400 h左右)，液压油可能已变质、变色、粘度降低，应及时更换；手持式液压劈裂机不用时，应将各处清洗干净，保持机件清洁；手持式液压劈裂机不能受大的外力打击，油缸变形过大会无法正常使用；使用过程中，时刻注意是否有漏油现象，发现漏油要及时处理。

3.4 破岩效果

劈裂时，采取分次劈裂的方式，每次使用6把分裂枪同时劈裂6个钻孔，采用3把枪1排，共2排布置，能够完成长度2 m、宽度1.5 m、面积3 m2、深度500 mm、体积1.5 m3的岩体劈裂作业，每次劈裂用时5～10 min。该沉淀池分为两层劈裂，每一层分为5次劈裂，共劈裂10次，第一层劈裂完成后进行出渣作业，然后再劈裂第二层。劈裂后岩体呈破碎状态，无大石块，无需二次处理，破岩效果好。

3.5 劈裂机改进

液压式岩石劈裂机在使用时产生的噪音为压风噪音，声音非常大，对现场作业人员存在噪音危害，通过研究，最终选取了一种简易的消音器加装至劈裂机上，较好地解决了噪音污染问题(加装消音器见图1)。

4 结 语

在煤矿井下零星工程破岩作业中应用手持式液压岩石劈裂机，有效地避免了传统破岩工艺的不足，可以替代人工风镐、爆破、无声破碎剂，实现高效、安全破岩，另外采用劈裂机破岩的方式，一次投入，反复使用，安全风险小，成本投入低，经济效益明显，是一项较好的降本增效措施，具备一定的推广价值。