臧歡歡

0 引言

塔山礦是一個(gè)年產(chǎn)1 000萬(wàn)噸的特大型礦井，盤(pán)區(qū)回采巷道的掘進(jìn)跟不上綜采采區(qū)的回采速度，造成采掘不正常接替[1]，導(dǎo)致礦井設(shè)計(jì)年產(chǎn)量難以達(dá)到。為加快巷道快速掘進(jìn)的步伐，緩解采掘失調(diào)的現(xiàn)狀[2]，達(dá)到較高的掘進(jìn)速度和較好的支護(hù)效果，提出了掘進(jìn)與錨桿錨索支護(hù)交叉作業(yè)技術(shù)。然而，絕大多數(shù)綜掘機(jī)寬度都在2.9 m以上，而塔山礦掘進(jìn)工作面斷面寬度4.5～5.5 m、高度范圍2.6～4 m，再加上行人寬度及安全間隙，要求錨桿鉆車(chē)寬度應(yīng)在1.3 m左右，大多數(shù)錨桿鉆車(chē)的寬度都大于2.0 m，難以與綜掘機(jī)配套進(jìn)行掘錨交叉施工工藝。為此塔山礦組織相關(guān)單位研制了1.3米窄機(jī)身型CMM2-15型錨桿鉆車(chē)，從而實(shí)現(xiàn)了“交叉掘錨”的綜掘工藝。

1 掘錨交叉綜合機(jī)械化巷道快速掘進(jìn)工藝

為解決制約快速掘進(jìn)技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題，塔山礦采用了能和EBZ-260型掘進(jìn)機(jī)配合使用的錨桿鉆車(chē)，主要用于煤巷支護(hù)作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)頂幫同時(shí)支護(hù)[9]。具體工藝流程見(jiàn)圖1：首先，掘進(jìn)機(jī)截割一個(gè)循環(huán)進(jìn)度，此時(shí)鉆車(chē)在其后方10 m左右的靠幫停放，掘進(jìn)機(jī)結(jié)束割煤裝煤就后退靠幫放置。然后，鉆車(chē)開(kāi)進(jìn)完成頂板和兩幫鉆孔和支護(hù)工序，完成兩個(gè)錨桿排距即1.8 m的支護(hù)進(jìn)度。最后，鉆車(chē)收回各動(dòng)作機(jī)構(gòu)，退后方靠幫停放，掘進(jìn)機(jī)再次啟動(dòng)前行開(kāi)始截割[10]，如此往復(fù)工作。

圖1 掘進(jìn)工作面錨桿鉆車(chē)支護(hù)工藝示意

試驗(yàn)錨桿鉆車(chē)是基于塔山礦實(shí)際生產(chǎn)情況及特殊掘進(jìn)工藝的需要，因此具有明顯的實(shí)用性，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示：

表1 CMM2-15型全液壓錨桿鉆車(chē)主要技術(shù)參數(shù)

2 掘錨交叉快速掘進(jìn)工藝現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)基本條件

CMM2-15窄型全液壓錨桿鉆車(chē)先后在塔山礦5214巷、2214巷以及2108巷得到了成功應(yīng)用，本文重點(diǎn)研究了在2108掘進(jìn)工作面的工業(yè)性試驗(yàn)情況。

2108回采巷屬于1070水平一盤(pán)區(qū)，地面標(biāo)高1 355.6 m～1 527.5 m，工作面標(biāo)高 1 006 m～1 034 m，巷道走向長(zhǎng)2 173.5 m，巷寬5.5 m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，塊狀及碎塊狀，平均厚度12.72 m，傾角3°～5°。老頂為灰白色中粒砂巖均厚4.32 m，直接頂為炭質(zhì)泥巖、灰黑色炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖交替賦存，均厚13.96 m，直接底為灰黑色炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖，均厚3.05 m，老底以中粗砂巖為主，均厚14.36 m。瓦斯相對(duì)涌出量為1.66 m3/t，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性。

巷道采用錨桿錨索配合錨網(wǎng)和鋼帶進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，錨桿分為頂錨桿和幫錨桿兩類(lèi)，打錨桿時(shí)使用1根1 m長(zhǎng)鉆桿，1根1.5 m長(zhǎng)鉆桿，Φ28鉆頭，間距900 mm、排距900 mm。兩幫最上一根錨桿距頂板400 mm，與巷道前進(jìn)方向垂直并略向上傾斜10°，最下一根錨桿向下傾斜10°。2108巷錨桿排間距為900 mm×900 mm，在此范圍內(nèi)必須有臨時(shí)支護(hù)頂板，不得空頂作業(yè)。

2.2 掘錨交叉快速掘進(jìn)工藝井下作業(yè)

2.2.1 掘進(jìn)機(jī)作業(yè)并退后

掘進(jìn)機(jī)落煤、裝運(yùn)并清理浮煤，掘進(jìn)機(jī)退后。

圖2 掘進(jìn)機(jī)作業(yè)和退后

2.2.2 鉆車(chē)臨時(shí)支護(hù)

錨桿鉆車(chē)前行到掘進(jìn)工作面迎頭處，利用左右工作平臺(tái)向變位將W鋼帶和錨網(wǎng)放置在鉆車(chē)超前臨時(shí)支撐機(jī)構(gòu)上，隨后用操作手柄控制二級(jí)油缸將其托舉頂住頂板。

圖3 鉆車(chē)臨時(shí)支護(hù)

2.2.3 錨桿支護(hù)

通過(guò)工作臺(tái)的靈活升降左右伸展，鉆車(chē)兩鉆臂先對(duì)頂錨桿孔定位鉆進(jìn)及支護(hù)，后調(diào)整平臺(tái)高度，鉆臂靈活換位，完成兩幫及底錨桿的鉆孔及支護(hù)工序。

圖4 頂幫鉆孔

圖5 支護(hù)完成

2.2.4 支護(hù)完成進(jìn)行錨固質(zhì)量檢測(cè)

如圖5，完成上述作業(yè)后，對(duì)鉆臂、超前支撐機(jī)構(gòu)、工作平臺(tái)進(jìn)行歸位，鉆車(chē)前行開(kāi)始第二排的錨桿支護(hù)。兩排支護(hù)完成后鉆車(chē)機(jī)構(gòu)歸位，退后15 m靠幫停放，做錨固質(zhì)量檢測(cè)，掘進(jìn)機(jī)等相關(guān)采掘機(jī)械開(kāi)始下一循環(huán)的割煤掘進(jìn)作業(yè)。

3 巷道礦壓觀測(cè)

通過(guò)巷道礦壓監(jiān)測(cè)，對(duì)錨桿受力和巷道圍巖位移進(jìn)行測(cè)試，從而較準(zhǔn)確地了解在采用錨桿鉆車(chē)進(jìn)行錨桿支護(hù)后的工作狀態(tài)。根據(jù)圍巖變形特征，對(duì)錨桿鉆車(chē)鉆臂的扭矩進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，從而促使巷道趨于穩(wěn)定的安全狀態(tài)。

3.1 試驗(yàn)巷道圍巖位移

采用“十字交叉法”觀測(cè)同一斷面上巷道兩幫相對(duì)移近量及頂?shù)装逑鄬?duì)移近量。2108掘進(jìn)巷道共布置4個(gè)測(cè)站。第一測(cè)站布置在距掘進(jìn)面10 m處（已掘巷道），隨著巷道不斷的向前推進(jìn)，每隔15 m布置一處測(cè)站，分別對(duì)其編號(hào)。

從建站開(kāi)始，連續(xù)對(duì)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了90天的監(jiān)測(cè)。各測(cè)站處巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平繙y(cè)試結(jié)果如下：

圖6 各測(cè)站巷道頂?shù)装迮c兩幫移近量

由圖6可以看出，在90天的觀測(cè)期內(nèi)，采用錨桿鉆車(chē)進(jìn)行錨桿錨索永久支護(hù)后，巷道頂?shù)装遄畲笠平砍霈F(xiàn)在4#測(cè)站點(diǎn)，為161.3 mm；兩幫最大移近量出現(xiàn)在1#測(cè)站點(diǎn)，為172.4 mm。巷道開(kāi)挖支護(hù)后60天左右圍巖變形趨于穩(wěn)定，圍巖總體收斂量不大，后期的日收斂速率兩幫平均為0.09 mm/d，頂?shù)装迤骄鶠?.08 mm/d，說(shuō)明巷道收斂已趨于穩(wěn)定，錨桿鉆車(chē)支護(hù)的安全性與穩(wěn)定性得到保證。

3.2 試驗(yàn)巷道錨桿受力監(jiān)測(cè)

錨桿受力采用錨桿用YZS-200型錨桿測(cè)力計(jì)測(cè)量，其量程為200 kN，精度為±1%，內(nèi)徑、外徑分別為28 mm、125 mm。將其安設(shè)在相應(yīng)的測(cè)站附近，觀測(cè)頻率同表面位移觀測(cè)。幫錨桿、頂板錨桿和頂板錨索分別安置錨桿液壓枕來(lái)監(jiān)測(cè)錨桿、錨索受力狀況，共安設(shè)六套，錨桿軸向力大小與時(shí)間關(guān)系如圖7所示。

圖7 錨桿（索）受力隨時(shí)間變化

從圖7可以看出，錨桿受力最大206 kN，在掘進(jìn)工作面后方30 m左右范圍內(nèi)增加最快，然后緩慢增加；錨索受力最大為305 kN，與錨桿類(lèi)似，均在安全范圍之內(nèi)。錨桿受力只代表巷道表面錨桿支護(hù)的托錨力，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，錨桿托錨力逐漸增加，但速率較小，為0.4 kN/d。從錨桿受力來(lái)看，托錨力的大小與圍巖變形并不十分一致，表明巷道變形穩(wěn)定后有蠕變傾向。

4 掘錨交叉作業(yè)與傳統(tǒng)綜掘作業(yè)效果對(duì)比

表2是兩種作業(yè)線的標(biāo)準(zhǔn)工序工時(shí)，可以看到掘錨交叉作業(yè)掘進(jìn)支護(hù)1.8 m也就是兩個(gè)錨桿排距僅用時(shí)110 min，傳統(tǒng)綜掘作業(yè)掘進(jìn)0.9 m就耗時(shí)達(dá)120 min。

表2 傳統(tǒng)綜掘作業(yè)和掘錨交叉作業(yè)工序工時(shí)標(biāo)準(zhǔn)

表3 傳統(tǒng)綜掘作業(yè)和掘錨交叉作業(yè)對(duì)比表

表3是兩種作業(yè)線主要指標(biāo)的對(duì)比結(jié)果，通過(guò)錨桿鉆車(chē)掘錨交叉工藝的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，與傳統(tǒng)綜掘作業(yè)相比，主要有以下優(yōu)越性：

（1）減員增效

原掘進(jìn)隊(duì)支護(hù)人員單日需18人，現(xiàn)僅需12人，少用6人，減員33%，原掘進(jìn)工效為0.21 m/工，新型掘進(jìn)隊(duì)的掘進(jìn)工效為0.31 m/工，提高0.10 m/工。

（2）提高掘進(jìn)效率

錨桿鉆車(chē)在2108巷試用期間，比傳統(tǒng)支護(hù)節(jié)省40分鐘，完成進(jìn)尺472 m，與5208巷平均進(jìn)尺362 m相比，提高效率41%。

（3）減輕勞動(dòng)強(qiáng)度

單臂錨桿機(jī)工人來(lái)回抬鉆勞動(dòng)負(fù)荷極大，同時(shí)頂部的鋼梁固定、金屬網(wǎng)鋪設(shè)及錨桿的預(yù)緊都大大增加了勞動(dòng)強(qiáng)度。錨桿鉆車(chē)在使用中不用抬鉆，鋼帶固定、金屬網(wǎng)鋪設(shè)都由鉆車(chē)的前探支護(hù)完成，錨桿預(yù)緊也不需專(zhuān)人緊固，極大地減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（4）改善作業(yè)環(huán)境

新型掘錨交叉工藝改善了工人的作業(yè)環(huán)境增大了作業(yè)空間，以前的打支護(hù)是人站在機(jī)組上作業(yè)，空間狹小，工人的衣物容易被淋濕。使用錨桿鉆車(chē)，掘進(jìn)機(jī)后退鉆車(chē)再進(jìn)工作面，作業(yè)空間大。錨桿鉆車(chē)操作人員站在鉆車(chē)平臺(tái)上操作，遠(yuǎn)離馬達(dá)，避免了衣物淋濕。

（5）提高開(kāi)機(jī)率

利用錨桿鉆車(chē)支護(hù)掘進(jìn)機(jī)退后，可以保證機(jī)組檢修時(shí)間，掘進(jìn)機(jī)完成兩個(gè)支護(hù)排距采停機(jī)退后，大大提高了開(kāi)機(jī)率。

5 結(jié)論

本文主要研究了錨桿鉆車(chē)掘錨交叉工藝及其工業(yè)性試驗(yàn)，相對(duì)于傳統(tǒng)綜掘作業(yè)方式，支護(hù)頂板預(yù)緊力得到了保證，錨固力大為提高，支護(hù)效果明顯，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了開(kāi)機(jī)率，在安全、效率、作業(yè)環(huán)境等方面都有很多優(yōu)點(diǎn)。

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