郭俊生

(西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦)

掘錨機是適用于煤巷快速掘進的掘錨一體化設(shè)備，它將掘進與支護有機地組合起來，以減少掘進與支護設(shè)備的換位作業(yè)時間，實現(xiàn)在同一臺設(shè)備上完成掘進和支護的工藝。西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦于2009年引進2臺MB670掘錨機，經(jīng)過試驗、調(diào)試，最終順利實現(xiàn)了煤巷的快速掘進，較快地貫通了多個長壁綜采工作面，并形成回采煤量，于同年底形成千萬噸級礦井的核定生產(chǎn)能力。

1 斜溝井田煤層賦存地質(zhì)特牲

斜溝井田區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡單，總體上為一走向近南北、傾向西的單斜構(gòu)造。地層傾角小于15°，一般為9°～12°。開采的8#煤層位于山西組下部，煤層厚度為2.23～8.34 m，平均4.87 m。厚度變異系數(shù)為0.32，是結(jié)構(gòu)簡單—較簡單、層位穩(wěn)定的可采煤層。煤層平均抗壓強度24.66 MPa，硬度f=2～3。8#煤層老頂為粗粒砂巖，灰白色，厚層狀，頂板抗壓強度52.67 MPa，硬度f=5.3，屬中硬頂板。直接頂為泥巖，黑灰色，性脆，層理發(fā)育，易離層冒落，受老頂成巖沖蝕后，厚度變化較大，局部完全沖蝕后老頂砂巖直接覆蓋在煤層之上。直接底為砂質(zhì)泥巖，灰黑色，含植物化石，硬度f=4.8，屬中硬底板。

2 MB670掘錨機的組成及特點

MB670掘錨機是集掘錨為一體的快速掘進機。它具有一次性截割巷道寬度的大功率、低轉(zhuǎn)速連續(xù)截割滾筒，與巷道掘進平行作業(yè)的支護系統(tǒng)并且在開停機、行走速度設(shè)置、前鏟板調(diào)節(jié)、截割系統(tǒng)、轉(zhuǎn)載運輸系統(tǒng)、臨時支護系統(tǒng)均實現(xiàn)了無線遙控操作，使操作人員避開高危區(qū)域，提高了人機智能化程度，保證了施工安全與巷道成型質(zhì)量。其最大掘進斷面：寬5 500 mm、高4 100 mm，最小掘進斷面：寬5 500 mm、高3 100 mm，尤其適合厚煤層的掘進。

3 掘進施工實例

以該礦11采區(qū)輔助運輸上山掘進施工為例，該礦11采區(qū)輔助運輸上山全長3 504.684 m，巷道設(shè)計為矩形，傾角+5.5°，掘進寬度5 500 mm，掘進高度3 800 mm，掘進斷面21.3 m2。采用錨網(wǎng)(索)噴聯(lián)合支護的方式進行施工，支護參數(shù)如下：

頂板錨索：采用d17.8 mm×8 500 mm的鋼絞線，間距2 000 m，排距1 600 mm，每排2根邁步式布置。

頂板錨桿：采用d20 mm的高強度左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2.2 m，排距為800 mm，間距為1 000 m，每排6根，呈矩形布置。

幫錨桿：采用d20 mm的高強度左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2.2 m，排距為800 mm，間距為1 000 m，每排每幫4根，呈矩形布置，幫上部錨桿距頂板300 mm。

W型鋼帶：采用厚度2.75 mm，寬度180 mm，長度5 400 mm的W型鋼帶，加強頂板支護。每個鋼帶上加工6個錨桿孔，孔距兩頭各200 mm，孔間距1 000，便于安裝錨桿。

金屬網(wǎng)：采用d4冷拔絲鋼筋網(wǎng)護頂、護幫，網(wǎng)幅為1 000 mm×2 850 mm，網(wǎng)格為100 mm×100 mm，幫網(wǎng)覆蓋巷幫上部3根錨桿；巷道斷面支護見圖1。

圖1 11采區(qū)輔助運輸上山斷面圖

4 掘錨一體化快速成巷施工工藝

掘錨機采用巷道掌子面上部全斷面直接掏槽的進刀方式。結(jié)合該礦煤層硬度確定一次掏槽深度為0.8 m，由激光指向儀定向，進行“邊掘邊支”的循環(huán)作業(yè)方式全斷面掘進。工作面最大控頂距2.3 m(截割部距頂板錨桿機1.5 m，截割單次掏槽深度0.8 m)，最小控頂距1.5 m。

1) 掘錨平行作業(yè)工藝流程圖(見圖2)。

圖2 正規(guī)循環(huán)作業(yè)工藝示意圖

第一步： 將鋼帶、金屬網(wǎng)放在頂板液壓支撐架橫梁上，靠2個液壓缸頂起液壓支撐架到頂板，2個尾部液壓穩(wěn)定架缸穩(wěn)定住掘錨機，并且輔助支撐頂板，在液壓缸頂起液壓支撐架到頂板的同時頂、幫錨桿機,按照設(shè)計的孔位、孔深標(biāo)定后進行鉆進，鉆孔到位后,回縮鉆機，安裝錨桿。

第二步： 在鉆孔和上錨桿的同時，滑動機架推著截割裝置向前移動進行掏槽,進刀后自上而下完成全斷面截割，裝載裝置和運輸機也隨著向前移動，將截割下的煤矸排出。進刀與截割期間，集裝臂和鏈?zhǔn)竭\輸機必須工作。

第三步：在截割完成之后，截割裝置沿底板回撤(平整和清理底板)，在這期間，集裝臂和鏈?zhǔn)竭\輸機必須工作。

第四步：在錨桿支護工作全部完成后，放下頂板液壓支撐架，抬起尾部液壓穩(wěn)定架，掘錨機向前行走到新的工作位置。開始下一循環(huán)作業(yè)。掘進循環(huán)作業(yè)示意圖見圖3。

圖3 掘進循環(huán)作業(yè)示意圖

2) 掘進支護范圍。掘錨機頂板錨桿鉆機能在滑桿上左右移動，并且能向東南西北方向擺動。1#頂錨桿鉆機擺動幅度為0°～18°和0°～8°，2#頂錨桿鉆機擺動幅度為0～11°和0°～8.5°。頂錨桿支護最小中心距為900 mm。側(cè)幫錨桿鉆機能上下滑動，在不同高度范圍內(nèi)打錨桿，前部側(cè)幫錨桿機能在400 mm范圍內(nèi)上下滑動，擺動幅度為0°～25°和0°～30°。幫錨桿支護范圍在1 016～3 255 mm(注：只有在掘錨機截割臂放下后才能實現(xiàn)錨桿鉆機的最大擺動幅度)。頂、幫錨桿支護范圍分布見圖4。

3) 合理進行巷道支護。使用MB670型掘錨機自帶的錨桿機來完成打眼和錨桿安裝工作，打錨桿時嚴(yán)格按照錨桿機操作規(guī)程作業(yè)。頂板中部錨桿垂直頂?shù)装宀贾?，兩頂角錨桿和頂板的夾角為75°；幫部肩窩錨桿距頂300 mm，與水平成10°夾角。錨桿外露長度從托板算起不大于50 mm；錨索外露長不能超過300 mm。錨桿、錨索間、排距誤差不大于±100 mm。頂錨桿緊固力≥140 N·m，錨固力≥90 kN；幫錨桿緊固力≥100 N·m，錨固力≥50 kN；錨索預(yù)緊力≥120 kN，錨固力≥200 kN。金屬網(wǎng)采用搭接方式連接，搭接長度100 mm，每200 mm利用14#鉛絲進行綁扎，雙絲雙扣。

圖4 幫錨桿支護范圍分布示意圖

根據(jù)MB670掘錨機自身高度結(jié)合巷道支護參數(shù)，確定巷道上部2根幫錨桿由掘錨機施工，下部2根幫錨桿由人工使用風(fēng)煤鉆和BK42風(fēng)動扳手支護，最終完成巷幫支護。

5 掘錨機后配套聯(lián)合運煤設(shè)備

聯(lián)合運煤采用LY2000型“行走式破碎轉(zhuǎn)載連續(xù)運輸設(shè)備”簡稱聯(lián)運車。該設(shè)備是為煤礦伺服掘錨機集裝→破→運為一體的國產(chǎn)配套設(shè)備，整機由給料破碎機、DZQ100/100/40型橋式膠帶轉(zhuǎn)載機、SDJ-150型可伸縮膠帶輸送機、鋼性結(jié)構(gòu)架組成。該設(shè)備布置在掘錨機和帶式輸送機之間，實現(xiàn)了巷道掘進機械跟進連續(xù)化作業(yè)。

聯(lián)運車在前進和后退過程中，電纜受擠、砸、碰等，經(jīng)常發(fā)生損害事故。由于聯(lián)運車橋式膠帶轉(zhuǎn)載機騎跨在可伸縮膠帶輸送機機尾的鋼性結(jié)構(gòu)架上，經(jīng)該礦研究，在騎跨25 m長的機尾鋼性結(jié)構(gòu)架的一側(cè)焊接等長的自制“U”形電纜槽，聯(lián)運車隨機電纜首先吊掛捆綁在帶式轉(zhuǎn)載機上，到轉(zhuǎn)載機尾端后電纜用電纜夾夾緊回折在“U”形槽中約70 m，剩余電纜盤在剛性結(jié)構(gòu)架的電纜絞盤上。在聯(lián)運車行走過程中回折在槽內(nèi)的電纜隨著聯(lián)運車的前進和后退自動滑移。見圖5，圖6。

圖5 聯(lián)運車隨機電纜安放示意圖

圖6 帶“U”型槽的剛性結(jié)構(gòu)架示意圖

6 掘進工作面生產(chǎn)技術(shù)管理

采用“三八”制作業(yè)方式，夜班、早班全班生產(chǎn)，中班后兩個小時為掘錨機檢修時間。對施工各環(huán)節(jié)、各工序進行拆分、優(yōu)化、組合，根據(jù)各施工工序特點，合理編制循環(huán)作業(yè)圖表，最大限度地實行工序間平行作業(yè)，提高工作效率。循環(huán)作業(yè)圖表見表1。

7 掘錨機與普通掘進機工效對比

使用MB670掘錨機在11采區(qū)輔助運輸上山的施工中，單班平均進尺17.5 m，日均進尺50.84 m，日最高進尺64.5 m。8月份完成進尺1 022 m，特別是8月21日至9月20日跨月單進施工的一個月中，累計完成進尺1 576.3 m。而使用普通EBZ260掘進機在18102工作面副巷同期的施工中，累計完成進尺824.6 m，見圖7。

圖7 MB670掘錨機與普通EBZ260掘進機日進尺對比圖

通過對比分析得知，使用掘錨機掘進巷道比普通掘進機掘進效率提高約2倍，其中在月施工期間有3次日進尺均突破55 m，隨著作業(yè)人員熟練程度的不斷提高，掘進進尺將會穩(wěn)步增長。

8 結(jié) 論

1) 掘錨機利用滑動機架將截割裝置向前移動掏槽并向下截割出煤，而支護裝置等保持原地不動對巷道進行支護，實現(xiàn)了掘進截割與錨桿支護的平行作業(yè)。其臨時支護對頂板支撐力達到400 kN，錨護作業(yè)操作均在支護狀態(tài)下進行，保證了施工的安全性。

2) 在長距離為傾斜巷道的掘進施工中，由于掘錨機自身重達95 t以及地質(zhì)條件的影響，導(dǎo)致了掘錨機機身傾斜、側(cè)滑嚴(yán)重，在全斷面掘進過程中容易發(fā)生偏中線現(xiàn)象，同時也給支護工作帶來了困難。

[1] 趙學(xué)社.煤礦高效掘進技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.煤炭科學(xué)技術(shù)[J].2007,35(4):8-10.

[2] 李正龍,鄭金錄.掘錨一體化快速成巷技術(shù)在澳思達煤礦的應(yīng)用.煤炭科學(xué)技術(shù)[J].2008,36(12):25-27.

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