樊 政

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司煤峪口礦， 山西 大同 037041）

引言

同煤集團(tuán)某個(gè)礦井每年的生產(chǎn)力可以達(dá)到上千萬噸，這就要求巷道掘進(jìn)具備較高的技術(shù)水平。兩個(gè)綜放作業(yè)面回采的平均值為370 m，但是掘進(jìn)系統(tǒng)平均每月應(yīng)當(dāng)完成2 500 m 的進(jìn)尺。掘錨一體機(jī)具備較多的優(yōu)勢，比如具備一次成型、有較高的安全性、機(jī)械化水平較高等。因此，該煤礦在掘進(jìn)的時(shí)候積極引入全斷面巷道快速掘進(jìn)系統(tǒng)，即EJM 2X170/4-2 掘錨一體機(jī)。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)條件

本礦井中2105 巷位處于3 號層，煤層存在穩(wěn)定的賦存，其厚度處于4～8.10 m 之間，平均值為6.34 m，大約含有1～4 層夾矸，其大多以泥巖為核心；煤層的傾角處于1°～3°，平均值為2°，這是一種近水平的煤層；煤巖的類型屬于半暗型，種類大多為氣煤。在該巷道的老頂中大多為中砂巖、礫巖，呈現(xiàn)為灰白色，其成分也是以石英為主，局部下端存在一些不規(guī)則的煤線；直接頂則是以砂泥巖、煤泥巖為主，呈現(xiàn)為灰色至黑色，中部存在2 號煤層，包含了一些植物化石，表現(xiàn)為平坦?fàn)畹臄嗫?；直接底則是泥巖，呈現(xiàn)為灰黑色或灰色；老底主要為中砂巖、砂礫巖，顏色為灰白色。作業(yè)面存在兩處斷層，分別是帶式輸送機(jī)巷口向里部1 254 m 部位，其落差為1.152 m，傾角屬于80°，傾向?yàn)闁|南；2 203 m 部位存在的落差為2 m，傾角為80°，其走向?yàn)闁|北。

1.2 巷道支護(hù)參數(shù)

巷道的斷面呈現(xiàn)為矩形，巷道的頂板采用強(qiáng)度較高的錨索、錨桿、金屬網(wǎng)等來進(jìn)行支護(hù)，巷道左幫采取塑料網(wǎng)及玻璃鋼錨桿進(jìn)行支護(hù)，右?guī)蛣t采取強(qiáng)度較高的錨桿及金屬網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)。每排設(shè)置5 根頂錨，其間距和排距分別為0.9 m 和0.8 m；每排設(shè)置兩架錨索，其排距和間距分別為1.8 m 和3.2 m；兩幫錨桿的間距及排距分別為0.75 m 和0.90 m，每排設(shè)置5 根，其各個(gè)支護(hù)參數(shù)如圖1 所示[3]。

圖1 2105 巷道支護(hù)參數(shù)示意圖（未標(biāo)單位：mm）

2 快速掘進(jìn)系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

2.1 EJM2X170/4-2 快速掘進(jìn)系統(tǒng)組成

該設(shè)備擁有2×170 kW 的截割功率，頂錨桿機(jī)和幫錨桿機(jī)的數(shù)量分別為4 臺、2 臺?？焖倬蜻M(jìn)系統(tǒng)的構(gòu)成部分主要為輸送單元、行走單元、電氣體系、水系統(tǒng)、潤滑體系等，詳見下頁圖2。

2.2 EJM2X170/4-2 快速掘進(jìn)系統(tǒng)特點(diǎn)

圖2 快速掘進(jìn)系統(tǒng)圖

EJM2x170/4-2 掘錨一體機(jī)的制作是基于久益12CM30 掘錨機(jī)來研發(fā)出的一種一體機(jī)，結(jié)合了國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)一系列的掘進(jìn)作業(yè)，其核心部件主要為久益進(jìn)口產(chǎn)品，具有較高的性能。該設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)主要為：

1）截割單元采取橫軸式所設(shè)置的可伸縮截割滾筒，該滾筒及減速器均采取進(jìn)口類產(chǎn)品，具有較高的性能；

2）板塊化設(shè)置，各個(gè)單元電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，精簡系統(tǒng)，降低事故的發(fā)生率，減少維修的時(shí)間，有助于安裝、運(yùn)輸、維護(hù)及維修；

3）鏟板采取了浮動(dòng)梨式裝載模式，具備較高的效率，避免底板受到較大的損壞；

4）行走單元所采取的減速器則采用電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，具有較大的驅(qū)動(dòng)力，性能可靠。

3 EJM 2X170/4-2 快速掘進(jìn)系統(tǒng)后配套方案

后配套方案主要應(yīng)用于該掘錨機(jī)的截割裝運(yùn)、變頻行走、錨桿支護(hù)等系統(tǒng)內(nèi)[4]。

3.1 截割裝運(yùn)系統(tǒng)

該系統(tǒng)是掘錨機(jī)的核心部分。截割滾筒每一側(cè)可以伸縮300 mm，伸出之后截割的寬度為5.4 m，與巷道保持相同的寬度；巷道具備較好的成型率，全斷面掘進(jìn)，單次成型，滾筒的兩側(cè)在伸出之后，利用鎖緊設(shè)備進(jìn)行鎖死，確保截割工作維持固定的寬度；梨式鏟板的設(shè)計(jì)，其空頂距離較小，可以應(yīng)用在頂板環(huán)境較差的環(huán)境下；截割滾筒上端的螺旋葉片可以將煤炭輸入到中間的輸送機(jī)中，與梨式收集頭相結(jié)合來裝載運(yùn)輸物料[5]。

3.2 除塵噴霧系統(tǒng)

該系統(tǒng)的核心作用就是減少掘錨機(jī)作業(yè)面的粉塵濃度，確保操作人員的人身健康，為使用人員提供良好的工作環(huán)境。含煤塵的空氣經(jīng)過前風(fēng)口，之后再經(jīng)過風(fēng)筒內(nèi)部的導(dǎo)流板而進(jìn)入到除塵風(fēng)機(jī)內(nèi)來進(jìn)行集塵處理，將潔凈的空氣排放到巷道之內(nèi)。采取濕式除塵系統(tǒng)與高壓水噴霧體系來營造一個(gè)干凈的工作環(huán)境；機(jī)載除塵系統(tǒng)與整機(jī)形成較好的融合，具備較高的效率。

3.3 變頻行走系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要承擔(dān)了掘錨機(jī)的前后移動(dòng)，設(shè)置久益的變頻設(shè)備。在進(jìn)行截割的時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)一些閉環(huán)連鎖控制。采取久益進(jìn)口式的變頻器，具備較高的輸出頻率、較快的響應(yīng)速度、較高的精度，具備較強(qiáng)的牽引力矩、較高的過載能力和可靠性。

3.4 錨桿支護(hù)系統(tǒng)

錨桿機(jī)組的構(gòu)成部分主要為頂板錨桿機(jī)、側(cè)幫錨桿機(jī)和操作平臺，分別為4 臺、2 臺和2 臺。頂板錨桿機(jī)的安裝部位在鏟板的后部，設(shè)置方向?yàn)闄M向，可提供整個(gè)范圍的錨桿作業(yè)空間；錨桿機(jī)則逐漸傾斜至兩側(cè)，以確保作業(yè)范圍的最大化，對錨桿機(jī)的角度進(jìn)行調(diào)整，以確保中心位置的作業(yè)；錨桿機(jī)可以向前傾斜，以降低其與作業(yè)面之間的距離。錨桿機(jī)內(nèi)部管路的設(shè)置，可降低維護(hù)量；推移油缸設(shè)置為內(nèi)部兩級液壓伸縮油缸。

4 EJM 2X170/4-2 快速掘進(jìn)系統(tǒng)優(yōu)化方案

4.1 設(shè)備優(yōu)化

1）機(jī)載液壓錨桿鉆機(jī)不能對W 鋼帶中間部位的錨桿進(jìn)行施工，只能采取風(fēng)動(dòng)錨索機(jī)來進(jìn)行施工，并且在實(shí)際施工的時(shí)候在工序上滯后機(jī)載液壓錨桿鉆機(jī)。風(fēng)動(dòng)錨索機(jī)受到風(fēng)壓的影響，若風(fēng)壓較差，則會(huì)對錨桿的施工產(chǎn)生影響。為了使施工階段錨桿和錨索的需求得以滿足，則需要在其中間部位設(shè)置啟動(dòng)錨桿機(jī)，其力矩為300 N·m。

2）由于采用全斷面截割掘進(jìn)巷道，超前探水設(shè)備難以穩(wěn)固，工序繁瑣且對人員的人身安全產(chǎn)生了較大的影響，應(yīng)與機(jī)載探水鉆機(jī)相結(jié)合使用。

4.2 施工工藝優(yōu)化

1）頂板出現(xiàn)泥巖之時(shí)，尤其是在錨索施工時(shí)其釬桿極易出現(xiàn)水孔堵塞問題。由于在掘進(jìn)的時(shí)候易產(chǎn)生泥巖，應(yīng)當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)乃俣葋硗七M(jìn)錨桿。

2）在設(shè)置金屬網(wǎng)和W 鋼帶時(shí)，應(yīng)重視將W 鋼帶上方左、右3 個(gè)孔分別設(shè)置在液壓錨桿機(jī)尾的擺動(dòng)范圍之內(nèi)，如果鋼帶孔沒有處在液壓錨桿機(jī)的擺動(dòng)范圍之內(nèi)，則必須在其他支護(hù)孔完成施工之后，前后移動(dòng)機(jī)組才可以進(jìn)行該孔的施工。機(jī)組在停止運(yùn)行進(jìn)行支護(hù)之前應(yīng)將其處于巷道中間，在設(shè)置W 鋼帶的時(shí)候應(yīng)重視擺放位置。

3）在機(jī)組擺正或者推浮煤的過程中，若巷道的底板過軟，一邊的底板將會(huì)被履帶壓壞，機(jī)組出現(xiàn)一邊低一邊高的狀況，截割部也出現(xiàn)一邊低一邊高的狀況，不能實(shí)施截割。應(yīng)當(dāng)在機(jī)組上設(shè)置40 根方木或者道木來墊高履帶進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整才可以開展正常的截割。

5 結(jié)論

1）EJM 2X170/4-2 掘錨一體機(jī)在礦井中的應(yīng)用，促使全斷面巷道完成了快速掘進(jìn)。截止到2018年12 月，掘進(jìn)工作累計(jì)進(jìn)尺為3 750 m，月進(jìn)尺的最高值為502 m，突破值最大為20 m/d。

2）通過運(yùn)用快速掘進(jìn)系統(tǒng)來提升巷道的掘進(jìn)效率，極大改善了本礦區(qū)采掘接替工作的緊張局面。

3）通過添加機(jī)載探水鉆機(jī)、氣動(dòng)錨桿機(jī)等相關(guān)設(shè)備及優(yōu)化各個(gè)施工工藝，確保掘進(jìn)作業(yè)面中各個(gè)工序的平行作業(yè)得以實(shí)現(xiàn)，達(dá)到快速掘進(jìn)的目的。