崔立德

（山西焦煤汾西礦業(yè)雙柳煤礦， 山西 柳林 033300）

引言

隨著礦井綜合開采、掘進技術(shù)及災害治理能力的不斷提升，礦井煤炭生產(chǎn)能力得以快速增加[1-2]。采用綜合機械化掘進方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的炮掘，可提高掘進效率并降低作業(yè)人員勞動強度[3]。但是現(xiàn)階段礦井普遍使用的綜掘機掘進、錨桿機支護圍巖方式仍存在輔助效率低、掘進循環(huán)耗時長及作業(yè)人員勞動強度大等問題。掘錨一體機可實現(xiàn)破煤巖及巷道圍巖支護的同步開展，從而大幅降低圍巖支護耗時[4-5]。本文對山西某礦61103 運輸巷掘進使用的掘錨一體機應(yīng)用情況進行分析，以便為其他礦井回采巷道快速掘進提供經(jīng)驗借鑒。

1 工程概況

61103 運輸巷沿著11 號煤底板掘進，煤層埋深450 m、厚度3.5 m，傾角5°。運輸巷為矩形斷面，寬×高=5.2 m×3.5 m，斷面積為18.2 m2，掘進長度為1 900 m。已有地質(zhì)資料顯示，11 號煤層上覆基本為粉砂巖（厚度3.4 m）、直接頂為泥巖（厚度2.3 m）；直接底為泥巖（厚度1.2 m）、基本底為細砂巖（厚度3.9 m）。

受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，61103 運輸巷掘進位置地質(zhì)條件較為復雜，掘進過程中受到圍巖巖性松軟、地應(yīng)力及煤層中部夾矸等影響。為了提高巷道掘進效率，礦井將掘錨一體機應(yīng)用到巷道掘進中。

2 掘錨一體機現(xiàn)場應(yīng)用優(yōu)化

由于61103 運輸巷掘進區(qū)域內(nèi)地質(zhì)條件較為復雜，為了提高掘錨一體機應(yīng)用效果，需要依據(jù)現(xiàn)場條件對掘錨一體機進行針對性優(yōu)化。根據(jù)以往研究成果[6-7]，并結(jié)合掘錨一體機現(xiàn)場實際應(yīng)用情況，具體優(yōu)化集中在臨時液壓頂篷、阻擋落煤裝置、破煤方式等方面。

2.1 臨時液壓頂篷優(yōu)化應(yīng)用

由于61103 運輸巷掘進范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復雜，圍巖承載能力較差。掘錨一體機截割破巖時圍巖自穩(wěn)時間較短，而機載臨時液壓頂篷由于有效支護范圍較小，無法完全支護掘進區(qū)域頂板，因而極易導致掘進迎頭位置出現(xiàn)冒頂事故。因此，為了提高掘錨一體機安全保障能力，對臨時支護設(shè)備進行優(yōu)化改進，具體措施為：將掘錨一體機臨時支護改為“臨時頂板+千斤頂+耳子+銷子”構(gòu)造的臨時支護形式。改造后使用的千斤頂長度、寬度分別為1 500 mm、500 mm，有效支護面積較改造前增加約2.5 倍。臨時液壓頂篷優(yōu)化后示意圖，如圖1 所示。

圖1 臨時液壓頂篷優(yōu)化后示意圖

2.2 阻擋落煤裝置優(yōu)化應(yīng)用

由于61103 運輸巷頂板巖層破碎，在掘錨一體機前進過程中掘進迎頭位置煤壁、頂板破碎矸石掉落下來可能會給附近作業(yè)人員身體安全帶來威脅。為此，本文提出在掘錨一體機上增加阻擋落煤及落矸的裝置，提高作業(yè)人員安全保障能力。具體優(yōu)化改造方式為：在優(yōu)化改造完成后的液壓頂篷下焊接斷面積50 mm×50 mm 的方形鋼板；在擋煤（矸）裝置上增設(shè)規(guī)格40 mm×40 mm 的方形插銷；在掘錨機下部位置布置Φ38 mm×1 300 mm 圓鋼，并在圓鋼上增設(shè)掛鉤，用于固定規(guī)格2200mm×10mm×200mm的木板。在掘錨一體機前移過程中，將擋煤（矸）裝置安裝在掘錨機前方槽體中，即可阻擋迎頭位置崩落的矸石及煤體；在截割時取下該裝置即可。

2.3 截割方式優(yōu)化

對掘錨一體機截割方式進行優(yōu)化，具體截割路徑為：掘錨一體機截割頭置于掘進迎頭煤壁中部位置，截割頭進入煤壁1.0 m 后開始由上向下截割下部煤體；當截割頭截割到幾班位置后，截割頭回撤1.0 m 并反復拉低確保底板平整；完成底部截割后前移掘錨一體機并對頂板、巷幫進行支護；支護完成后開始截割巷道迎頭上部煤體。采用優(yōu)化后的截割方式，可降低頂板空頂時間，減少圍巖變形量。具體優(yōu)化后的截割方式如圖2 所示。

圖2 優(yōu)化后的截割方式

3 掘錨一體機應(yīng)用效果

3.1 掘進進尺

61103 運輸巷從開口位置布置掘錨一體機掘進，對巷道掘進進尺進行統(tǒng)計分析。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，巷道平均進尺可達到20 m/d，掘進進尺達到600 m/月，較普通綜掘方式的掘進效率提升50%以上。

掘錨一體機在6 月開始投入使用，在使用初期由于作業(yè)人員對掘進區(qū)域內(nèi)地質(zhì)賦存條件不熟悉，加之掘進范圍內(nèi)地質(zhì)條件復雜，從而導致巷道掘進進尺平均為10.5 m/d，掘進速度較低；隨著對施工區(qū)域內(nèi)地質(zhì)條件熟悉度增加及對掘錨一體機進行針對性優(yōu)化改進，掘進進尺得以快速提升，到8 月時巷道綜合掘機進尺可達到20 m/d，同時仍在緩慢地提升。在后續(xù)巷道掘進過程中，掘錨一體機可保持600 m/月以上的掘進進尺。

3.2 經(jīng)濟效益

在61103 運輸巷采用掘錨一體機后，根據(jù)現(xiàn)場實際情況對巷道支護參數(shù)進行優(yōu)化。巷道原采用錨桿錨機施工綜合支護成本為3 780 元/m，采用掘錨一體機并對支護參數(shù)進行優(yōu)化后巷道綜合支護成本降低至3 105 元/m，成本綜合降低幅度為675 元/m。61103 運輸巷設(shè)計掘進長度為1 900 m，則綜合支護成本將減少128.3 萬元。

巷道采用的掘錨一體機綜合掘進效率較綜掘機高50%以上，巷道掘進減少人力成本約為19 萬元；同時61103 運輸巷掘進耗時不到4 個月即完成掘進，有效緩解了礦井采掘接替緊張局面。

4 結(jié)語

61103 運輸巷地質(zhì)條件復雜及頂板巖層破碎等因素是制約掘錨一體機現(xiàn)場應(yīng)用的主要因素。為此，依據(jù)運輸巷實際地質(zhì)條件對掘錨一體機結(jié)構(gòu)及截割方式等進行針對性優(yōu)化，具體為：通過對臨時液壓頂篷進行改進，增加了掘進迎頭臨時支護面積，不僅可減少頂板下沉量，而且可避免出現(xiàn)頂板冒落問題；通過增加阻擋煤的裝置，可避免掉落的煤、矸石等給附近作業(yè)人員的安全造成影響；對截割頭截割方式進行優(yōu)化，提高了截割效率。

現(xiàn)場應(yīng)用后，61103 運輸巷綜掘掘進進尺達到600 m/月以上，巷道耗時不到4 個月即完成掘進，同時綜合支護成本較傳統(tǒng)的綜掘機降低128.3 萬元、人力資源成本降低19 萬元，現(xiàn)場取得較好的應(yīng)用成果。