王克泰

摘 要：礦山開(kāi)采首先需要掘進(jìn)一條用于礦、材料與人員運(yùn)輸和工作面回風(fēng)的順槽巷道，以形成完整的回采工作面。隨著開(kāi)采規(guī)模、深度與強(qiáng)度的加大，礦井工作面順槽巷道的掘進(jìn)在圍巖壓力、穩(wěn)定性等方面的施工環(huán)境漸趨復(fù)雜化，對(duì)巷道掘進(jìn)設(shè)備的要求越來(lái)越高。同時(shí)，隨著采煤技術(shù)與設(shè)備的進(jìn)步升級(jí)，智能化自動(dòng)化綜采工作面不斷發(fā)展，回采速度日漸提升，迫切需要探索研究一種快速高效的快速掘進(jìn)裝備，來(lái)提高掘進(jìn)成巷速度與質(zhì)量，緩解采掘銜接緊張。本文闡述了我礦在高產(chǎn)高效礦井建設(shè)過(guò)程中，廣泛應(yīng)用的綜掘快速掘進(jìn)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：綜合采掘;快速掘錨;巷道支護(hù)

1 概述

賀西煤礦是山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司優(yōu)勢(shì)礦井之一，年生產(chǎn)能力300萬(wàn)t。該礦安全生產(chǎn)十年間，隨著采掘延伸，自動(dòng)化智能化回采工作面的發(fā)展，回采速率不斷加快，采掘銜接日益緊張，對(duì)巷道的采掘速度和成形質(zhì)量也越來(lái)越高。而當(dāng)前掘進(jìn)設(shè)備效率偏低，導(dǎo)致采掘比例失調(diào)的矛盾凸顯，生產(chǎn)銜接緊張成為制約礦井高產(chǎn)高效的突出問(wèn)題，同時(shí)人員安全生產(chǎn)壓力巨大、生產(chǎn)成本劇增，對(duì)快速掘進(jìn)一體化設(shè)備提出急迫需求。

為有效提高掘進(jìn)成巷速度和質(zhì)量，2018年12月賀西煤礦與中國(guó)鐵建重工集團(tuán)有限公司合作，通過(guò)聯(lián)合技術(shù)開(kāi)發(fā)，歷時(shí)近10個(gè)月研制一款適用于賀西煤巷全斷面快速掘錨成套裝備，于2019年11月該礦2416運(yùn)巷掘進(jìn)成功作業(yè)應(yīng)用。作業(yè)至今4個(gè)月，最高實(shí)現(xiàn)月進(jìn)尺600m，該設(shè)備實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、支護(hù)和運(yùn)輸三大工序平行作業(yè)、合理支護(hù)、裝運(yùn)機(jī)械化和輔助運(yùn)輸設(shè)備之間的優(yōu)化配置，極大提高了單進(jìn)水平和勞動(dòng)率，有效改善安全環(huán)境。

2 礦2416運(yùn)輸巷工作面狀況

2416運(yùn)輸巷位于賀西煤礦二采區(qū)西翼，底板標(biāo)高為+690m～+760m。北側(cè)為4#未開(kāi)采實(shí)體煤，東側(cè)為大巷保安煤柱，南側(cè)為2415工作面（采空區(qū)），西側(cè)毗鄰金家莊煤礦（采空區(qū)）。煤層為正斷層，走向平穩(wěn)，落差為1.8m至2m，傾向和傾角較小，受相鄰巷道影響較小，適宜引用大型連續(xù)設(shè)備進(jìn)行大工作面生產(chǎn)作業(yè)。賀西礦2416運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)為矩形斷面，掘?qū)?.0m、掘高3.2m、掘斷面積16㎡，設(shè)計(jì)施工長(zhǎng)度為1463m。

賀西礦2416運(yùn)輸巷沿山西組4#煤層底板掘進(jìn)，4#煤層呈層狀，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)生裂隙發(fā)育，玻璃光澤，屬半亮--光亮型煤。煤層總厚度為3.45m，煤層結(jié)構(gòu)（m）：0.55（0.25）2.65，煤層含有夾矸1-3層，其中一層較穩(wěn)定，厚度0.25m。煤層可采指數(shù)為1，穩(wěn)定。煤層傾角3°～ 7°，平均5°，容重1.39t/m3。

2416運(yùn)輸巷支護(hù)參數(shù)，頂錨桿采用Ф22×2400mm SMG500#高強(qiáng)度左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，采用高強(qiáng)錨桿螺母M24×3，托板采用可調(diào)心拱型高強(qiáng)度托盤(pán)配減摩墊片，規(guī)格為150×150×10mm。矩形布置，間距900mm，排距1000mm，每排支6根，頂錨桿下壓錨桿托盤(pán)壓長(zhǎng)4700mm、寬280mm、厚3.0mm的W型鋼帶壓六邊形網(wǎng)（長(zhǎng)×寬=5000×1200mm）支護(hù)，角錨桿角度不小于75°。幫錨桿采用Ф22×2400mmSMG500#高強(qiáng)度左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，采用高強(qiáng)錨桿螺母M24×3，托板采用可調(diào)心拱型高強(qiáng)度托盤(pán)配減摩墊片，規(guī)格為150×150×10mm。矩形布置，間距850mm，排距1000mm，每排左右兩幫各支護(hù)4根，幫錨桿下壓錨桿托盤(pán)壓長(zhǎng)400mm、寬280mm、厚3.0mm的W鋼護(hù)板壓六邊形網(wǎng)（長(zhǎng)×寬=3400×1200mm）支護(hù)，網(wǎng)與網(wǎng)搭接使用，W鋼護(hù)板垂直巷道布置，最上方一根幫錨桿距頂板200mm處向上傾斜15°施工，中間兩根錨桿水平施工，最下方一根幫錨桿距底板400mm處向下傾斜5°施工。錨索規(guī)格為Ф21.8×6300mm（1×19股）高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)，間距1200mm、排距2000mm，錨索下壓300×300×14mm的可調(diào)心拱形高強(qiáng)度錨索托盤(pán)及配套鎖具。六邊形網(wǎng)規(guī)格：長(zhǎng)×寬=5000×1200mm、長(zhǎng)×寬

=3400×1200mm，垂直巷道掘進(jìn)方向鋪設(shè)，網(wǎng)與網(wǎng)搭接200mm，每200mm聯(lián)一扣。網(wǎng)要貼頂貼幫鋪設(shè)，鋪平拉直。

3 快速掘錨成套裝備簡(jiǎn)介

3.1 系統(tǒng)組成

快速掘錨成套裝備由EJM270/4-2全斷面煤巷高效掘錨一體機(jī)、煤礦用液壓錨桿鉆車(chē)、騎跨式皮帶機(jī)等設(shè)備組成，可以完成割煤、裝煤、運(yùn)煤，以及巷道頂、幫支護(hù)和煤流轉(zhuǎn)載運(yùn)輸工序的全機(jī)械化作業(yè)。

EJM270/4-2掘錨一體機(jī)由底盤(pán)、截割部、裝載部、刮板運(yùn)輸機(jī)、錨桿支護(hù)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及水冷卻噴霧系統(tǒng)組成。集截割、運(yùn)輸、錨桿支護(hù)及超前鉆探于一體的快速掘進(jìn)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)作業(yè)截面一次成形，煤壁平整，成形效果好，提升了截割效率。截割一個(gè)循環(huán)單次可前進(jìn)1m，裝載裝置可以隨截割大臂前移，快速進(jìn)行煤料裝運(yùn)，效率高。主機(jī)配制四臺(tái)頂錨桿機(jī)和兩臺(tái)幫錨桿機(jī)，可以一次性完成頂面六根頂錨桿的支護(hù)作業(yè)和頂部?jī)筛鶐湾^桿的支護(hù)作業(yè)，支護(hù)距離短，支護(hù)速度快，支護(hù)效果好，有效減小巷道的變形，為操作人員和設(shè)備提供安全工作環(huán)境，機(jī)載配制的增壓內(nèi)、外噴霧和泡沫除塵系統(tǒng)，噴射壓力高，噴射覆蓋面大，有效降低巷道內(nèi)的粉塵含量，極大改善工作環(huán)境，保證操作人員身體健康。

液壓錨桿鉆車(chē)由底盤(pán)、刮板運(yùn)輸機(jī)、錨桿錨索支護(hù)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及水系統(tǒng)組成，集錨桿錨索支護(hù)于一體的快速支護(hù)輔運(yùn)設(shè)備。液壓錨桿鉆車(chē)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)掘錨一體機(jī)截割下來(lái)的物料，前部3臺(tái)頂錨桿機(jī)并可實(shí)現(xiàn)頂錨桿錨索的支護(hù)作業(yè)，中部2臺(tái)幫錨桿機(jī)可實(shí)現(xiàn)側(cè)幫錨桿的支護(hù)，后部2臺(tái)錨索機(jī)可實(shí)現(xiàn)頂部錨索支護(hù)。騎跨式皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)集運(yùn)輸與可伸縮膠帶機(jī)重疊布置，為輔助運(yùn)輸、支護(hù)材料倒運(yùn)取得了有效空間。

3.2 作業(yè)過(guò)程

3.2.1 采掘過(guò)程

掘錨一體機(jī)按導(dǎo)向設(shè)備移動(dòng)到預(yù)定位置，穩(wěn)定完成后，在安全預(yù)警和確認(rèn)后，開(kāi)始截割作業(yè)，截割裝置啟動(dòng)后，抬升大臂至頂板平齊位置，截割大臂前移進(jìn)行截割作業(yè)，截割大臂推進(jìn)1m后，大臂向下俯割至底板，再拉回大臂，從面完成一個(gè)循環(huán)的截割作業(yè)，同時(shí)通過(guò)裝載裝置和刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)將煤料送至液壓錨桿鉆車(chē)的集料斗上，液壓錨桿鉆車(chē)將其送至二運(yùn)，最后送至皮帶機(jī)將其運(yùn)走。截割一個(gè)循環(huán)耗時(shí)4-6min。

3.2.2 錨桿錨索支護(hù)過(guò)程

掘錨一體機(jī)上配制有4臺(tái)頂錨桿機(jī)和2臺(tái)幫錨桿機(jī)，掘錨一體機(jī)在采掘同時(shí)進(jìn)行錨桿支護(hù)施工，4臺(tái)頂錨桿機(jī)完成頂板第1根、第3根、第4根和第6根共4根頂錨桿支護(hù)，其余頂錨桿留給后面的液壓錨桿鉆車(chē)支護(hù)，2臺(tái)幫錨桿機(jī)完成側(cè)幫從頂?shù)降椎牡?根和第2根錨桿支護(hù)。液壓錨桿鉆車(chē)前部安裝有2臺(tái)底腳幫錨桿機(jī)，可以用于支護(hù)側(cè)幫板最下方的一根幫錨桿，中前部配制有3臺(tái)頂錨桿，可在錨桿鉆車(chē)上自由前移或后退300mm，完成頂面的第2根和第4根頂錨桿的支護(hù)作業(yè)，并進(jìn)行頂面三根錨索支護(hù)作業(yè)。中后部配制有2臺(tái)幫錨桿機(jī)，可以進(jìn)行側(cè)幫的第3根幫錨桿的支護(hù)作業(yè)。錨桿鉆車(chē)尾部配制有2臺(tái)頂錨桿機(jī)，可進(jìn)行第2根和第5根頂錨桿的補(bǔ)打作業(yè)。

3.2.3 人員配制

掘錨一體機(jī)配有一名司機(jī)和四名錨桿機(jī)支護(hù)人員，液壓錨桿鉆配有三名錨索支護(hù)人員和兩名幫錨桿機(jī)支護(hù)人員，以及為設(shè)備輔助運(yùn)物料兩名人員，共計(jì)十二名工作人員。司機(jī)和錨桿機(jī)操作人員均全機(jī)械化作業(yè)，工作強(qiáng)度較使用手持式錨桿機(jī)進(jìn)行作業(yè)大大降低。

3.2.4 掘進(jìn)與支護(hù)工藝

根據(jù)煤層的地質(zhì)情況，賀西煤礦快速掘錨成套裝備使用了單次掘進(jìn)循環(huán)1m和單次掘連接掘進(jìn)2m的掘進(jìn)支護(hù)藝。在煤層較弱時(shí)，采用單次掘進(jìn)循環(huán)1m掘進(jìn)支護(hù)工藝，同掘錨主機(jī)一次完成頂面6根頂錨桿和側(cè)面上部的2根幫錨桿的支護(hù)作業(yè)，液壓錨桿鉆車(chē)只進(jìn)行頂面3根錨索的支護(hù)作業(yè)，此方式距離開(kāi)挖面的支護(hù)距離近，支護(hù)強(qiáng)度高，安全性高，但兩車(chē)的支護(hù)作業(yè)分配不均衡，耗時(shí)較長(zhǎng)，一個(gè)循環(huán)約需30min;在煤層較好時(shí)，可采用單次掘連接掘進(jìn)2m掘進(jìn)支護(hù)工藝，掘描主機(jī)依次進(jìn)行頂面6根頂錨桿支護(hù)和4根頂錨桿的支護(hù)作業(yè)，同時(shí)完成側(cè)幫的上方2根幫錨桿的支護(hù)作業(yè)，液壓錨桿上間隔進(jìn)行頂面2根頂錨桿的支護(hù)作業(yè)和3根錨索的支護(hù)作業(yè)，此種支護(hù)工作方式下兩車(chē)的支護(hù)作業(yè)針對(duì)均衡，兩車(chē)同步性高，完成單次循環(huán)時(shí)間為23min左右，效率較高。

3.3 鉆探工作

掘錨一體機(jī)配有機(jī)載的超前鉆機(jī)，可對(duì)工作截面實(shí)現(xiàn)±15度、水平孔和斜向上共四個(gè)方向深孔探放作業(yè)，在掘一體主機(jī)穩(wěn)定后，鉆孔直徑95mm，鉆桿直徑74mm，有效鉆深80m，真正實(shí)現(xiàn)”“有掘必探”作業(yè)理念，而且無(wú)需移動(dòng)設(shè)備或使用專(zhuān)門(mén)的鉆孔設(shè)備，安全有效。

4 應(yīng)用情況

快速掘錨成套裝備應(yīng)用于2416運(yùn)輸巷（長(zhǎng)1400m，寬5m），運(yùn)用效果顯著。掘錨機(jī)截割速度快，巷道成型好，一次截割寬度即可達(dá)到巷道設(shè)計(jì)寬度5m。掘錨機(jī)有前支護(hù)可作為臨時(shí)支護(hù)，前支護(hù)到工作面迎頭最大1.5m，前支護(hù)到頂錨桿距離0.5m～1.0m，可有效支護(hù)頂板，使施工人員在有支護(hù)的頂板下作業(yè)，不會(huì)出現(xiàn)空頂作業(yè)，安全系數(shù)高。掘錨機(jī)除了能夠支護(hù)頂板以外還自帶有打幫錨桿的鉆臂，比起人工打的幫錨桿支護(hù)質(zhì)量好，速度快，能及時(shí)控制兩幫，防止片幫事故發(fā)生。掘錨機(jī)成功實(shí)現(xiàn)掘錨一體化，操作簡(jiǎn)單可靠，因此更加有利于設(shè)備維護(hù)與管理。后配的錨桿臺(tái)車(chē)及時(shí)跟進(jìn)補(bǔ)齊錨桿錨索，掘進(jìn)過(guò)程中不存在來(lái)回倒車(chē)現(xiàn)象，工作面危險(xiǎn)源相應(yīng)減少?？焖倬蝈^成套裝備實(shí)現(xiàn)連續(xù)掘進(jìn)，同時(shí)平行作業(yè)，完成頂錨、錨索、幫錨的永久支護(hù)，無(wú)須頻繁調(diào)機(jī)，履帶對(duì)底板破壞程度小，安全系數(shù)大是快速掘錨成套裝備在賀西煤礦一次成功的應(yīng)用。

5 效益

5.1 生產(chǎn)效率提高

使用前：掘進(jìn)工作面日進(jìn)尺8m，月進(jìn)尺240m。需要時(shí)間1400÷240=5.8（月）;使用后：掘進(jìn)工作面日進(jìn)尺20m，月進(jìn)尺600m，需要2.3個(gè)月，節(jié)約時(shí)間：5.8-2.3=3.5（月）

5.2 巷道維護(hù)效益

采用原臨時(shí)方式，由于支護(hù)效率不高，經(jīng)常造成巷道頂板下沉，回采工作面安裝前需要維護(hù)巷道。采用快速掘錨一體成套裝備后巷道支護(hù)提高，變形量減少，巷道維護(hù)量減少，實(shí)現(xiàn)降本增效。

5.3 安全效益

快速掘錨一體成套裝備具備機(jī)械支護(hù)，作業(yè)人員避免在空頂下作業(yè)，提高作業(yè)人員安全系數(shù)。成巷質(zhì)量和效果更好，減輕頂板管理難度，降低頂板事故。

5.4 存在問(wèn)題

快速掘錨一體成套裝備的設(shè)計(jì)寬度與賀西煤礦的開(kāi)挖工作面尺寸匹配性不足，導(dǎo)致設(shè)備兩側(cè)的物料運(yùn)輸通道過(guò)于狹窄，人員通過(guò)性差，對(duì)物料的運(yùn)輸效率造成一定影響，從而降低整機(jī)的支護(hù)效率。

6 結(jié)論

賀西煤礦經(jīng)過(guò)四個(gè)月應(yīng)用，效果顯著，月進(jìn)尺實(shí)現(xiàn)600m，比普通懸臂式掘進(jìn)機(jī)平均月單進(jìn)高出360m左右，有效緩解回采工作面接續(xù)緊張的局面。快速掘錨成套裝備能在解決截割、裝運(yùn)、行走、轉(zhuǎn)載一體化基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、錨桿支護(hù)同步作業(yè)，從而大大提高掘進(jìn)速度，滿(mǎn)足現(xiàn)有高產(chǎn)高效采煤工作面的配套要求?？焖倬蝈^成套裝備在我礦一次成功的應(yīng)用。

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