袁文豐,宋 杰

(1.山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)長治有限公司,山西 長治 046000;2.山西長治王莊煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 長治 046000)

掘錨探一體機(jī)在大斷面巷道掘進(jìn)中的應(yīng)用

袁文豐1,宋 杰2

(1.山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)長治有限公司,山西 長治 046000;2.山西長治王莊煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 長治 046000)

針對目前礦井掘進(jìn)開采中存在的問題,并為提高大斷面巷道的掘進(jìn)速度和巷道成巷質(zhì)量,確保掘進(jìn)施工安全,王莊煤礦通過對原有EBZ200綜掘機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造,在原綜掘機(jī)基礎(chǔ)上配套了錨桿鉆機(jī)和探水鉆機(jī),組合成新型掘錨探一體機(jī),并在巷道掘進(jìn)工程中成功應(yīng)用,取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)效益。

掘錨探一體機(jī);掘進(jìn);支護(hù)

隨著國內(nèi)煤礦機(jī)械化技術(shù)的迅速發(fā)展,采掘裝備的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用均有了長足的進(jìn)步[1-4],目前大多數(shù)礦井在巷道掘進(jìn)施工中采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)配合錨桿鉆機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)。這種作業(yè)方式存在的主要問題是綜掘機(jī)開進(jìn)退出非常頻繁,開機(jī)率不高,錨桿鉆機(jī)依靠人工頻繁搬動(dòng),輔助作業(yè)時(shí)間較長,占用人員多、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,導(dǎo)致礦井掘進(jìn)效率低、單進(jìn)水平低下等問題。此外,由于近年來掘進(jìn)工作面老空水害事故時(shí)有發(fā)生,山西省嚴(yán)格要求省內(nèi)各煤礦在巷道掘進(jìn)時(shí)做到“有掘必探”,每個(gè)掘進(jìn)工作面必須配備探水鉆機(jī)。綜掘機(jī)、錨桿鉆機(jī)、探水鉆機(jī)“三機(jī)”進(jìn)退頻繁,作業(yè)空間狹小,影響掘進(jìn)進(jìn)尺,并帶來潛在的安全隱患。因此,研究出一種新型的綜掘配套技術(shù),通過減少設(shè)備搬遷,降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度,提高設(shè)備開機(jī)率,進(jìn)而提高礦井的進(jìn)尺水平,是建設(shè)現(xiàn)代化高產(chǎn)高效礦井一個(gè)亟待解決的問題。

為適應(yīng)采煤工作面快速回采的需要,提高巷道掘進(jìn)速度,實(shí)現(xiàn)采掘平衡,王莊煤礦經(jīng)過兩年多的研究摸索,將掘進(jìn)工作面“三機(jī)”進(jìn)行有效的融合,形成了掘錨探一體機(jī),并在巷道掘進(jìn)工程中成功應(yīng)用,取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

1 礦井概況

山西長治王莊煤業(yè)有限責(zé)任公司位于山西省長治縣蔭城鎮(zhèn)西陜村,生產(chǎn)能力為240 t/a,礦井采用一井一面、斜井開拓方式,布置主斜井、膠輪車運(yùn)輸副斜井、進(jìn)風(fēng)斜井和回風(fēng)立井,屬于瓦斯礦井。主采煤層為二疊系山西組3#煤層,煤質(zhì)為貧煤,平均煤厚5.08 m,結(jié)構(gòu)簡單,含0-3層夾矸,煤層厚度穩(wěn)定,為全井田可采的穩(wěn)定煤層。煤層頂板多為中、細(xì)粒砂巖,局部為泥巖、砂質(zhì)泥巖;底板多為泥巖、砂質(zhì)泥巖、局部為細(xì)砂巖。地質(zhì)類型為簡單,水文地質(zhì)構(gòu)造為中等。目前,回采工作面采用大采高一次采全高綜采工藝,掘進(jìn)工作面全部實(shí)現(xiàn)了綜合機(jī)械化掘進(jìn),巷道均為斷面積20 m2以上的超大斷面巷道,支護(hù)方式為錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。

2 掘錨探一體機(jī)改裝

2.1 掘錨探一體機(jī)構(gòu)成

王莊煤礦通過將綜掘機(jī)、錨桿鉆機(jī)和探水鉆機(jī)進(jìn)行合理的組裝,充分發(fā)揮三套設(shè)備的性能,形成了新型的掘錨探一體機(jī)。

改裝后的掘錨探一體機(jī)由行走機(jī)構(gòu)、升降平臺、伸縮鉆臂、鏟裝機(jī)構(gòu)、割煤機(jī)構(gòu)五個(gè)主要部分組成,各結(jié)構(gòu)的用途如下:

圖1 掘錨探一體機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structural Diagram of tunnel-anchoring-exploring machine

行走機(jī)構(gòu)分別由兩臺液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng),通過減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)鏈輪帶動(dòng)履帶實(shí)現(xiàn)行走,履帶漲緊機(jī)構(gòu)由漲緊輪組、漲緊油缸組成,漲緊輪組通過漲緊油缸的伸縮運(yùn)動(dòng)可調(diào)整履帶的漲緊程度。

在行走部的結(jié)構(gòu)上,設(shè)有升降平臺裝置。升降平臺裝置是由連桿、支承油缸、升降架等部件組成,可做到0 mm～800 mm行程的升降,能很好滿足錨桿支護(hù)操作人員進(jìn)行高空作業(yè)的要求,同時(shí)升降平臺兩側(cè)翻板及滑板展開后寬度可達(dá)4.6 m,使得作業(yè)人員的作業(yè)空間大大提高。

臨時(shí)支護(hù)機(jī)構(gòu)裝于升降平臺前部中間位置,支承方筒在支護(hù)調(diào)整油缸的作用下可前后多角度變化,使臨時(shí)支護(hù)頂梁更好的支撐頂板。臨時(shí)支護(hù)機(jī)構(gòu)的主要作用是:起到臨時(shí)支護(hù)的目的,讓錨桿支護(hù)工處于臨時(shí)支護(hù)下工作,防止突然頂板塌陷、冒落傷人。輔助工人將頂網(wǎng)鋪設(shè)到頂板,大大降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

伸縮鉆臂可適用于掘進(jìn)工作面斷面寬度5.5 m～6 m、高度3.8 m～5 m的巷道,并且在結(jié)構(gòu)和功能上可配合升降平臺工作。該機(jī)構(gòu)可根據(jù)巷道不同高度情況,通過升降平臺來調(diào)整人員的作業(yè)高度,從而實(shí)現(xiàn)巷道頂板錨索孔、側(cè)幫上的錨桿孔、炮眼孔、探水鉆孔及瓦斯鉆孔的機(jī)械化作業(yè)施工。

在改造過程中,充分考慮目前礦井有掘必探的要求,利用鉆臂動(dòng)作靈活性增加了施工探測孔的功能。從而使得該機(jī)不僅能施工錨桿(索)孔,而且處于巷道迎頭的炮眼孔、探水孔及探放瓦斯孔均能方便使用該機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械化施工作業(yè),大大擴(kuò)大了設(shè)備的作業(yè)面和適用范圍,同時(shí)也方便了井下作業(yè),減少了井下設(shè)備種類,優(yōu)化了巷道設(shè)備配置。

2.2 掘錨探一體機(jī)的應(yīng)用情況對比

2.2.1 經(jīng)濟(jì)效益

1) 改造前:

工作面設(shè)備配置:EBZ200綜掘機(jī)1臺、310萬元,MYT150錨桿鉆機(jī)3臺、18 803元/臺,兩臺泵站、1.5萬元/臺,3臺50幫機(jī)、3 080元/臺,兩臺ZYJ-160/460型架柱式液壓回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、18.5萬元/臺,合計(jì)356.6萬元。

2) 改造后:

綜掘機(jī)310萬元、改造費(fèi)用120萬元,合計(jì)430萬元,多投資73.4萬元,但一次投資,整體性好,能夠完成掘進(jìn)工作面探水、掘進(jìn)、錨桿支護(hù)三個(gè)工序的作業(yè)。

2.2.2 技術(shù)效益

1) 改造前：人工搬運(yùn)錨桿機(jī)、探水鉆機(jī)等設(shè)備,在大斷面迎頭進(jìn)行探水、支護(hù)作業(yè),存在一定安全隱患。

掘進(jìn)機(jī)割煤,出煤后,后撤5 m,然后將錨桿鉆機(jī)、探水鉆機(jī)人工移至工作面,進(jìn)行支護(hù)、探水,完成后再將錨桿鉆機(jī)、探水鉆機(jī)移出工作面。日出勤34個(gè)、進(jìn)尺8 m。

綜掘機(jī)需要多次進(jìn)退機(jī)、探水鉆機(jī)、錨桿鉆機(jī)要二次搬運(yùn),設(shè)備的維護(hù)工作量、費(fèi)用增加。改造后,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化,整機(jī)動(dòng)作,共用一套液壓系統(tǒng),省去錨桿鉆機(jī)、探水鉆機(jī)的動(dòng)力源費(fèi)用。

2) 改造后:工人在綜掘機(jī)上部平臺即可完成探水、掘進(jìn)、支護(hù)三個(gè)工序,簡單、方便,安全性進(jìn)一步提高。

人員較少,除更換鉆桿、裝錨桿、裝藥工序外,其余操作均由一人完成,日出勤31個(gè)、進(jìn)尺10 m,掘進(jìn)工效提高0.09 m/工。

可以給工人提供較為寬松的作業(yè)環(huán)境,割煤、出煤后,不需后撤掘進(jìn)機(jī)就可完成支護(hù)、探水作業(yè),只需簡單操縱閥柄即可完成,工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低。

2.2.3 綜合分析

使用改造后的掘錨探一體機(jī)在巷道掘進(jìn)中具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益,巷道日進(jìn)尺由8 m提高到10 m,人工費(fèi)用按照150元/人,巷道掘進(jìn)費(fèi)用按照5 000 元/m,年出勤工日330 d計(jì)算,每年可提高660 m的進(jìn)尺水平,年創(chuàng)效271.45萬元。

表1 掘錨探一體機(jī)綜合分析

3 結(jié)束語

經(jīng)過王莊煤礦一年多的現(xiàn)場應(yīng)用,掘錨探一體機(jī)結(jié)構(gòu)合理,機(jī)構(gòu)緊湊,運(yùn)轉(zhuǎn)靈活,操作方便,是實(shí)現(xiàn)大斷面巷道快速、高效、機(jī)械化掘進(jìn)支護(hù)的一種有效裝備,并具有如下優(yōu)點(diǎn)[5-13]:

1) 掘錨探一體機(jī)鉆臂動(dòng)作靈活,可實(shí)現(xiàn)不同位置和角度的旋轉(zhuǎn),并進(jìn)行全方位的頂板、側(cè)幫錨桿、錨索、探水鉆孔及瓦斯鉆孔的施工作業(yè)。

2) 利用可升降的臨時(shí)支護(hù)機(jī)構(gòu),在迎頭空頂下可對作業(yè)人員進(jìn)行保護(hù);同時(shí),設(shè)有可升降的作業(yè)平臺,兩組鉆臂可隨作業(yè)平臺上下升降,以滿足不同巷道高度的施工要求,方便作業(yè)人員操作。

3) 通過改造后,可實(shí)現(xiàn)真正的掘進(jìn)迎頭的探、掘管理,從設(shè)備上保證“有掘必探,不探不掘”,確保掘進(jìn)機(jī)在安全控制范圍內(nèi)掘進(jìn)。

4) 改造后的掘錨探一體機(jī)在巷道快速掘進(jìn)中進(jìn)行了成功的應(yīng)用,取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益,并可在類似條件的巷道掘進(jìn)中推廣應(yīng)用。

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ApplicationofTunnel-anchoring-exploringMachineintheRoadwayExcavationwithLargeSection

YUANWenfeng1,SONGJie2

(1.ShanxiCoalTransportationandMarketingGroupChangzhiLtd.,Changzhi046000,China;2.WangzhuangCoalCo.,Ltd.,Changzhi046000,China)

According to current problems in mining, old tunnel-boring machines, EBZ200, in Wangzhuang mine were renovated to accelerate excavation of large-sectional roadways, improve roadway formation quality, and ensure the safety of tunneling construction. A new tunnel-anchoring-exploring machine was assembled with anchor drilling rig and water exploration rig based on the original EBZ200. The new machine has been successfully used in roadway excavation and has achieved remarkable economical and technological benefits.

tunnel-anchoring-exploring machine;excavation;support

1672-5050(2017)01-0066-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.02.020

2016-05-09

袁文豐(1982-)，男，湖北荊州人，碩士，工程師，從事煤礦技術(shù)管理工作。

TD421

A

(編輯： 薄小玲)