梅光發(fā)

(山西三元煤業(yè)股份有限公司,山西 長治 046013)

煤巷掘錨一體機化快速掘進技術研究與應用

梅光發(fā)

(山西三元煤業(yè)股份有限公司,山西 長治 046013)

掘錨一體機就是將掘進和支護結合起來,在一個機器上同時完成割煤和頂幫錨網支護,具有掘錨平行作業(yè)、單個循環(huán)進尺占用時間少等特點。從掘錨一體機切割方式,工藝流程分析,得出了該機在實踐應用中的優(yōu)缺點,為以后改進技術提供借鑒。

煤巷；掘錨一體機化;快速掘進技術

煤礦巷道掘進速度是決定礦井采掘銜接是否緊張的關鍵。相對高速發(fā)展的采煤機械化,煤礦掘進機械化的發(fā)展顯得相對緩慢。隨著回采速度的加快,目前廣泛使用的懸臂式綜掘機掘進速度已難以滿足采掘銜接的需要,掘進技術已開始向掘錨一體化方向發(fā)展。掘錨一體機就是將掘進和支護結合起來,在一個機器上同時完成割煤和頂幫錨網支護,以減少掘進與支護的換位作業(yè)時間,具有掘錨平行作業(yè)、單個循環(huán)進尺占用時間少等特點。但因掘錨一體機體積大、結構復雜、對巷道地質條件適應能力低等原因目前使用的范圍還比較小,急需大力推廣使用并不斷總結完善。

三元煤業(yè)自2015年3月在井下開始使用掘錨一體機,已累計掘進巷道4 182 m。掘進速度較普通掘進機快,在地質狀況相同的情況下,一套掘錨機組相當于兩套普通掘進機組的掘進效率,日均進尺18 m,平均月進尺540 m左右,提高了人員工效,實現(xiàn)了人少則安的高效安全管理模式。

1 工程概況

1.1 地質條件

施工巷道位于二疊系下統(tǒng)山西組下部的3號煤層,平均厚度7.13 m,黑色塊狀或粉末狀,硬度一般為0.9～1.0,有一定的韌性,參差狀斷口,內生裂隙發(fā)育。該區(qū)域地質構造簡單,煤層節(jié)理發(fā)育,煤層傾角1°～7°,近水平煤層,局部有小的褶曲構造。

煤層直接頂為砂質泥巖,厚度5.94 m,老頂為中砂巖,厚度10.60 m,直接底為砂質泥巖,厚度2.70 m。直接底為砂質泥巖,厚度1.10 m。老底為泥巖,厚度5.10 m。巖石柱狀圖,見圖1。

圖1 巖石柱狀圖Fig.1 Histogram

1.2 巷道斷面及支護參數(shù)

頂錨桿錨固力確定為127 kN,預緊力矩為300 N·m。幫錨桿錨固力確定為127 kN,預緊力矩為300 N·m。錨索的錨固力為250 kN。頂板金屬網:10號鐵絲編制礦用金屬經緯網,網孔特征尺寸50 mm×50 mm,網片規(guī)格5 600 mm×1 100 mm。兩幫金屬網:10號鐵絲編制礦用金屬經緯網,網孔特征尺寸50 mm×50 mm,網片規(guī)格3 300 mm×1 000 mm。巷道斷面圖見圖2。

圖2 巷道斷面圖Fig.2 Cross-sectional map of roadway

2 掘錨一體機及其配套設備參數(shù)

掘錨一體機是集掘進、支護、除塵于一體,高度集成化的巷道快速掘進設備,主要由截割部、鏟板部、運輸部、本體部、行走部、后支撐、掘錨機部、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、水系統(tǒng)及除塵系統(tǒng)組成。掘進寬度為4.6 m～5.2 m,掘進高度為3.2 m～4.0 m,爬坡能力±16°,總功率為650 kW,供電電壓1 140 V。使用截割滾筒進行全斷面截割。配有多臺錨桿機,可同時完成頂板、側幫的支護。EJM2×170/4-2掘錨機技術特征如表1所示。配套設備見巷道施工所需機具表如表2所示。

表1 EJM2×170/4-2掘錨機技術特怔

表2 掘錨機具配置表

3 掘錨一體化巷道掘進施工工藝

3.1 掘錨一體機切割方式

掘進割煤前,司機將掘錨一體機操作至前進方位定位后,使截割頭升到設計高度,并將截割頭伸展至巷道設計寬度,啟動截割滾筒切割迎頭煤體截深達到設計的循環(huán)進度,由上向下切割煤體,采用4.6 m～5.2 m的滾筒進刀及割煤來進行巷道的掘進。 當割至煤層底板時,向后退機割完底煤平整巷道底板并裝完余煤后,再次調整掘錨機進行下一個循環(huán);掘錨機進刀同時,機載錨桿鉆機在臨時支護下進行錨桿支護作業(yè),實現(xiàn)了掘、支護平行作業(yè);因掘錨機的截割滾筒寬度可在4.6 m～ 5.2 m之間調整,一刀就能截割夠巷道斷面,掘進落煤僅需5 min。掘錨機上配有4臺頂鉆,其中2臺用于頂板支護,另外2臺可利用鉆機液壓支柱作為臨時支護,交替使用。

3.2 工藝流程

安全檢查(含敲幫問頂、有痕掘進、檢查探水鉆孔)→掘錨機截割、出煤→截割頭落地截割進入煤墻→鏟板落地、后支撐落地→閉鎖切割→將掘錨機“采煤/錨鉆”手柄打到錨鉆模式→敲幫問頂→聯(lián)接頂網→綁鋼筋梯子梁→臨時支護→鉆頂部錨桿孔→安裝樹脂藥卷、頂錨桿、緊固頂錨桿→鉆頂部錨索孔→安裝樹脂藥卷、錨索、漲拉錨索→鉆幫部錨桿孔→安裝樹脂藥卷、幫錨桿、緊固幫錨桿→鉆底部兩幫錨桿孔→安裝樹脂藥卷、幫錨桿、緊固幫錨桿。

4 掘錨一體化實踐應用總結

4.1 相比懸臂式綜掘機的優(yōu)點

在使用過程中,除了提高作業(yè)工效外,現(xiàn)場作業(yè)人員更加安全。每次割完1架煤后,將錨網用兩臺頂鉆頂起形成臨時支護,能保證人員在安全的環(huán)境下作業(yè)。截割和支護作業(yè)互鎖,遙控操作和更大的操作平臺,改善了作業(yè)安全性,減少安全隱患,另外能夠保持現(xiàn)場文明生產,裝配高壓水噴霧系統(tǒng)和濕式除塵系統(tǒng),有效抑制煤塵。相對于普通掘進機,掘錨機截割滾筒與1:1比例伸縮的犁式鏟板配合,完成物料收集,無邊角剩煤,減少割煤后還需人工清理迎頭積煤的工序。

另外掘出的巷道成型較好,可伸縮截割滾筒,伸縮量600 mm,適用于多種巷道截面,割出的煤墻齊整,片幫少,減少后續(xù)的掃幫和修補工序。再次,因掘錨機為新設備,第一次在三元煤業(yè)使用,操作上需要加強培訓,在使用前部分技術人員到廠家培訓學習后下井操作,使職工逐漸了解其性能并熟練操作。每班配機組司機1人,副司機1人,鉆機操作人員2人,協(xié)助打鉆人員4人,聯(lián)網人員1人,底幫打鉆人員2人,皮帶司機1人,投工人員少。另外兩臺頂鉆打設錨桿、錨索,頂板支護完成后用改造后的幫鉆對巷幫進行支護,巷幫底部最后一根錨桿用風動鉆機在機組后方進行支護。

4.2 使用過程中發(fā)現(xiàn)的不足之處及改進情況

1)在機組上增加探放水設備,解決獨立探水鉆機打設探水孔使用不便問題。

2)為便于操作,修改了頂鉆操作臺位置。

3)因原機組幫鉆滯后2 m多支護,容易造成片幫,所以將原幫鉆拆除,重新了安裝液壓鉆機用于打設巷幫錨桿,另配套加設一組油泵,解決了片幫問題。

4)為提高降塵效果,在鏟板上部加裝了氣水兩相噴霧。

5)轉載皮帶較長,帶負荷運行時,轉載皮帶容易斷裂,機械強度要求較高,采取利用錨索在兩端進行張拉的辦法,保證了轉載皮帶的安全運行。

4.3 目前該機組在使用中存在問題

1)機組上新增加的探水鉆能力不足。2)機組部分部件檢修、更換較麻煩。3)部分配件為進口,進貨速度慢。4)掘進巷道高度低于3.5 m時,因空間較小不利于員工操作。5)機器無法打設底角錨桿。6)掘進切眼施工較復雜。

5 結論

通過現(xiàn)場實踐應用,掘錨一體化是可行的。掘錨一體機不僅能提升巷道掘進速度,還具有臨時支護可靠、勞動強度小、巷道成型好、掘進工藝簡單等優(yōu)點。盡管在施工中存在一些問題,但只要科學組織管理,多到現(xiàn)場實地解決問題,就一定會取得良好的安全、經濟效益。由于掘錨一體化還沒有大范圍的推廣使用,生產廠家一定要重視煤礦在應用過程中進行的改進和提出的問題,只有雙方共同努力、不斷改進,才能促進掘錨一體化的發(fā)展和進步。

ResearchandApplicationofRapidDrivingTechnologywithTunneling-anchoringMachineinCoalRoadways

MEIGuangfa

(SanyuanCoalIndustryCo.,Ltd.,Changzhi046013,China)

Tunneling-anchoring machine integrates tunneling with supporting. Cutting and anchoring-net supporting for top and side coal are realized by one machine at the same time, which has features such as parallel operation of tunneling-anchoring and less operation time of a single cycle. The analysis of cutting and processing of the integrated machine achieves its advantages and disadvantages in practice which could provide references for the future technology renovation.

coal roadway；tunneling-anchoring machine；rapid driving technology

1672-5050(2017)01-0063-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.02.019

2016-08-10

梅光發(fā)(1984-),男,陜西山陽人,大學本科，工程師,從事煤礦的生產技術管理工作。

TD263.2

A

(編輯:武曉平)