王威

(1.中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006；2.山西天地煤機(jī)裝備有限公司， 山西 太原 030006)

0 前言

陜西涼水井煤礦有限公司是由陜西陜煤黃陵礦業(yè)公司與江蘇悅達(dá)集團(tuán)合資組建的股份制企業(yè)，是黃陵礦區(qū)總體規(guī)劃中的大型礦井之一，其地理位置位于陜西省黃陵縣雙龍鎮(zhèn)境內(nèi)，井田面積大約為351.94 km2，煤炭?jī)?chǔ)量約為9.45億t[1]。近年來隨著綜采技術(shù)的飛速發(fā)展，巷道的開采速度嚴(yán)重制約綜采開采速度，生產(chǎn)接續(xù)也日趨緊張，因此涼水井煤礦聯(lián)合山西天地煤機(jī)裝備有限公司針對(duì)黃陵礦業(yè)的地質(zhì)條件設(shè)計(jì)了一種新型的高效快速掘進(jìn)系統(tǒng)。

整套高效快速掘進(jìn)系統(tǒng)由綜合掘錨一體機(jī)、錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組、煤礦用帶式轉(zhuǎn)載機(jī)和帶式輸送機(jī)用自移機(jī)尾組成，該套系統(tǒng)在涼水井煤礦井下303掘進(jìn)工作面進(jìn)行巷道掘進(jìn)，整套系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)錨桿、錨索多排多臂同時(shí)作業(yè)，其中綜合掘錨一體機(jī)負(fù)責(zé)巷道中頂板錨桿和上幫錨桿支護(hù)，MZHB6-1200/20型錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組負(fù)責(zé)錨索支護(hù)和補(bǔ)打底部幫錨桿支護(hù)。

1 地質(zhì)條件及巷道概況

涼水井煤礦的303工作面為2#煤層，整體屬于侏羅系中統(tǒng)延安組，其中的2#煤層為黑色塊狀，條痕黑色，弱瀝青光澤。同時(shí)煤層裂隙水和砂巖裂隙水，含水量較小。煤層厚度變化較穩(wěn)定，煤層厚度一般為2.7 m～5.75 m，平均煤厚5 m，煤層傾角0°～4°，平均1°。此區(qū)域無明顯的沖擊地壓且周邊無老窯、采空區(qū)，不存在老窯、采空區(qū)積水的威脅，礦井瓦斯含量為0.33～0.90 mL/g，平均0.54 mL/g，礦井粉塵具有爆炸危險(xiǎn)性。

303工作面的巷道形狀為矩形，采用錨網(wǎng)梁索聯(lián)合支護(hù)方式，其中頂錨索采用φ21.8×7 300 mm19芯鋼絞線,結(jié)合T140鋼帶施工，每根鋼帶施工4根；頂錨桿采用φ22×2 800 mm左旋螺紋鋼錨桿配合鋼筋托梁進(jìn)行支護(hù)，每排鋼筋托梁配合7根錨桿進(jìn)行支護(hù)；幫部錨桿采用φ22×2 800 mm左旋螺紋鋼錨桿進(jìn)行支護(hù)，配合復(fù)合網(wǎng)每排支護(hù)4根錨桿[2]。

圖1 303工作面的支護(hù)示意圖

2 巷道的施工工藝

巷道采用綜合掘錨一體機(jī)組進(jìn)行截割，掘進(jìn)時(shí)嚴(yán)格按照地質(zhì)測(cè)量部放線掘進(jìn)。綜合掘錨一體機(jī)組掘進(jìn)過程中首先將截割滾筒調(diào)整至巷道頂板，即升刀；頂部掏槽，將截割滾筒向前切入煤體1 000 mm，即進(jìn)刀；然后由上向下切入煤體，即割煤；當(dāng)截割滾筒割到巷道設(shè)計(jì)高度時(shí)，掘錨機(jī)截割部向后退1 000 mm左右，拉底煤使巷道底板平整，裝完余煤，即拉底；每排掘進(jìn)完成上述一個(gè)循環(huán)。

截割一個(gè)循環(huán)完成后開始進(jìn)行錨桿支護(hù)，由綜合掘錨一體機(jī)組前置的4臺(tái)鉆機(jī)打頂錨桿，2臺(tái)側(cè)鉆打幫部的上3根錨桿[3]。由于錨索支護(hù)時(shí)間長(zhǎng)，在錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組中進(jìn)行4臺(tái)頂鉆機(jī)打錨索和頂部中間的一根頂錨桿支護(hù)，其中錨索支護(hù)一排的時(shí)間與綜合掘錨一體機(jī)組截割一個(gè)循環(huán)和支護(hù)一排錨桿時(shí)間基本相同，整體掘速進(jìn)度不會(huì)由于支護(hù)錨索時(shí)間而滯后[4]。

錨索支護(hù)過程中首先由布置在整機(jī)前端的4臺(tái)頂錨桿鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)，首先調(diào)整鉆架姿態(tài)，操作人員將六棱鉆桿插入鉆箱中，手動(dòng)調(diào)整鉆箱給進(jìn)速度，且保持低速運(yùn)行帶鉆頭進(jìn)入頂板巖層后開始勻速鉆眼。待第一根鉆桿進(jìn)入1 000 mm深度時(shí)，鉆箱退回,同時(shí)在底鉆桿上方接入1根六棱鉆桿中桿，鉆箱繼續(xù)進(jìn)給鉆孔，直到此中桿全部進(jìn)入頂板后鉆箱退回，按照上述步驟接入5根長(zhǎng)度為1 200 mm的中桿，直到鉆桿深度達(dá)到設(shè)計(jì)深度7 000 mm，鉆孔完成后將樹脂錨固劑插入孔中，依次將樹脂錨固劑及錨索送入眼內(nèi)，將錨固劑推至眼底。

在底桿上方接入1根六棱鉆桿中桿，鉆箱進(jìn)給鉆孔，進(jìn)給至中桿全部進(jìn)入頂板后，鉆箱退回，按照上述步驟循環(huán)接入5根1 200 mm中桿，直至鉆桿深度達(dá)到7 000 mm時(shí)停止，之后依次將鉆桿從孔中退出，隨后利用錨索將樹脂錨固劑推入孔中，推至孔底后啟動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行攪拌,同時(shí)將錨索推至孔底，攪拌完成后移開鉆機(jī)，在錨索底部裝入托盤和鎖具，利用錨索張拉機(jī)進(jìn)行錨索緊固，完成錨索支護(hù)。

3 錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組

針對(duì)涼水井煤礦支護(hù)的特點(diǎn)，研發(fā)了一種錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組，在整機(jī)的最前端布置4臺(tái)頂板錨桿鉆機(jī)，尾部布置2臺(tái)側(cè)幫錨桿鉆機(jī)，中間布置輸送鏈道和破碎部，整體布置如圖2所示。

1-輸送鏈道； 2-破碎部； 3-頂板鉆機(jī)； 4-側(cè)幫鉆機(jī)。

錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組的主要技術(shù)特點(diǎn)有：

1) 整機(jī)中的6臺(tái)錨桿鉆機(jī)能夠同時(shí)工作，互不干擾。

2) 整機(jī)集支護(hù)、轉(zhuǎn)載、破碎等功能于一體，采用模塊化設(shè)計(jì)，按照快速掘進(jìn)系統(tǒng)的要求采用前后重疊搭接的物料轉(zhuǎn)載輸送方式，減少設(shè)備交叉作業(yè)的調(diào)動(dòng)時(shí)間，提高系統(tǒng)在不同煤層賦存條件下礦井巷道錨桿、錨索支護(hù)、運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械化水平[5]。

3) 鉆機(jī)操作系統(tǒng)采用自主創(chuàng)新的電液控制閥組，實(shí)現(xiàn)鉆孔作業(yè)的一鍵啟動(dòng)和自動(dòng)鉆孔作業(yè)。

4) 側(cè)幫鉆機(jī)采用新進(jìn)的多自由度布置方式，加大了錨桿支護(hù)范圍。

5) 針對(duì)黃陵二礦松軟底板的煤層特質(zhì)，將原有的履帶板寬度由原來的500 mm改為560 mm，增大了履帶接地面積，減小了接地比壓，適應(yīng)二號(hào)煤礦的底板條件。

6) 機(jī)載濕式除塵系統(tǒng)和水冷卻噴霧系統(tǒng)，能夠高效地進(jìn)行除塵,凈化工作面作業(yè)環(huán)境。

4 應(yīng)用情況

黃陵快速掘進(jìn)系統(tǒng)于2019年1月1日至2019年1月20日在陜西涼水井煤礦地面進(jìn)行了地面組裝調(diào)試，同年2月9日至2月11日在井下303工作面組裝、調(diào)試。

整套快速掘進(jìn)系統(tǒng)每班12次循環(huán)，循環(huán)進(jìn)尺1 m，每班進(jìn)12 m，日進(jìn)尺24 m。2月設(shè)備磨合階段完成進(jìn)尺120 m，3月完成進(jìn)尺593 m，4月完成進(jìn)尺608.6 m，5月完成進(jìn)尺588.8 m，6月根據(jù)生產(chǎn)接續(xù)安排施工301工作面調(diào)車?yán)@道，7月303工作面掘進(jìn)624.7 m，總進(jìn)尺2 535.1 m。相比于原有的掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)方式，整體的掘進(jìn)速度提升約67%，提高了巷道的掘進(jìn)速度，滿足了煤礦要求。

整套快速掘進(jìn)系統(tǒng)在使用中出現(xiàn)過一些問題，但系統(tǒng)并未出現(xiàn)影響巷道掘進(jìn)生產(chǎn)的故障，其中錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可完成整套巷道的錨索支護(hù)和錨桿支護(hù)。

5 結(jié)論

錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組在黃陵高效掘進(jìn)系統(tǒng)中完成全部的錨索支護(hù)，且錨索支護(hù)速度與高效快速掘進(jìn)系統(tǒng)的掘進(jìn)速度匹配，設(shè)備的研制成功解決了現(xiàn)階段掘進(jìn)巷道的掘、支、運(yùn)不能平行作業(yè)的問題，同時(shí)依靠系統(tǒng)中各設(shè)備之間的協(xié)同控制和信息化聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)整套系統(tǒng)的機(jī)械化、自動(dòng)化和信息化聯(lián)動(dòng)控制，提高設(shè)備間的聯(lián)動(dòng)控制，解決了現(xiàn)階段采掘失調(diào)的矛盾。