張 典，馮海龍

(陜西正通煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 咸陽(yáng) 713699)

1 背景

彬長(zhǎng)礦區(qū)煤炭資源豐富，賦存條件較好。經(jīng)過對(duì)彬長(zhǎng)礦區(qū)已建礦井煤巷掘進(jìn)期間的情況調(diào)研發(fā)現(xiàn)，存在一個(gè)共性問題即煤層硬而松散，底板偏軟，開掘后圍巖破碎，頂板極易垮冒。彬長(zhǎng)礦區(qū)所有礦井均為新建礦井，是較為年輕的礦區(qū)，建井時(shí)間短，為盡快達(dá)產(chǎn)，礦井初期采面布置走向長(zhǎng)度偏短，服務(wù)期限較短，而普通的綜掘工藝布置工作面的速度與回采速度相差無(wú)幾，準(zhǔn)備煤量始終不足，因此導(dǎo)致礦井始終處于采掘接續(xù)緊張的局面。為此，尋找一種更加高效的煤巷掘進(jìn)設(shè)備成為解決這一困境的最為可行的方法。

煤巷快速掘進(jìn)設(shè)備包括綜掘機(jī)、掘錨機(jī)、連采機(jī)及最為先進(jìn)的“煤海蛟龍?zhí)枴泵合锟炀蛟O(shè)備。但根據(jù)以上彬長(zhǎng)礦區(qū)的地質(zhì)情況介紹，顯然連采機(jī)及“煤海蛟龍?zhí)枴泵合锟炀蛟O(shè)備無(wú)法應(yīng)用。而掘錨機(jī)與綜掘機(jī)相似度極大，只要綜掘機(jī)能夠適應(yīng)的環(huán)境，推斷掘錨機(jī)也有較大的可能適應(yīng)，因此掘錨機(jī)是目前最佳的綜掘機(jī)替代品。而因?yàn)槿狈?jīng)驗(yàn)，彬長(zhǎng)礦區(qū)多家煤礦與目前市面上產(chǎn)品較好的幾家掘錨機(jī)廠家商討對(duì)掘錨機(jī)進(jìn)行適應(yīng)性改造后投入使用，但效果較差，均以失敗告終。為何在世界范圍內(nèi)早已成熟推廣的掘錨機(jī)在引進(jìn)到彬長(zhǎng)礦區(qū)使用后均會(huì)失敗，怎樣才能讓掘錨機(jī)在彬長(zhǎng)礦區(qū)成功應(yīng)用。接下來(lái)，筆者將根據(jù)親身實(shí)踐以及對(duì)彬長(zhǎng)礦區(qū)礦井掘錨機(jī)的應(yīng)用調(diào)研情況，主要圍繞以上兩個(gè)關(guān)鍵問題展開論述。

2 市場(chǎng)在用掘錨機(jī)優(yōu)劣分析

2.1 各掘錨機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

目前市場(chǎng)在用掘錨機(jī)：山特維克MB670-1掘錨機(jī)、鐵建重工ZJM4200掘錨機(jī)和久益公司EJM2×170掘錨機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表1、表2、表3所示。

表2 鐵建重工ZJM4200掘錨機(jī)技術(shù)參數(shù)

表3 久益EJM2×170掘錨機(jī)技術(shù)參數(shù)

2.2 各設(shè)備優(yōu)劣情況分析

2.2.1 山特維克MB670-1掘錨機(jī)

2.2.1.1 優(yōu)勢(shì)。①設(shè)計(jì)了前后支撐，且撐距達(dá)到0.5m，對(duì)于后期掘錨機(jī)現(xiàn)場(chǎng)檢修有利；②底盤離地高度270mm，高度較其他廠家同類產(chǎn)品高；③前排打頂?shù)膬蓚?cè)錨桿機(jī)實(shí)現(xiàn)了打幫功能，減小了空幫面積；④設(shè)備整體設(shè)計(jì)較為合理，市場(chǎng)應(yīng)用占比高。

2.2.1.2 缺陷。①頂錨桿機(jī)中心線距截割滾筒前段距離2.3m，導(dǎo)致空頂面積較大，對(duì)安全生產(chǎn)不利；②履帶寬度偏窄，對(duì)地比壓大于正通煤業(yè)底板巖石抗壓強(qiáng)度，易沉陷；③無(wú)對(duì)應(yīng)型號(hào)的后配套設(shè)備；④頂幫錨桿機(jī)間距為1.3m，無(wú)法實(shí)現(xiàn)頂幫同步支護(hù)。

2.2.2 鐵建重工ZJM4200掘錨機(jī)

2.2.2.1 優(yōu)勢(shì)。①前排頂板錨桿機(jī)實(shí)現(xiàn)了滑移，可將空頂距縮短至0.8m；②底盤離地高度增加至300mm，高度已為同類產(chǎn)品最高；③履帶寬度也已達(dá)同類產(chǎn)品最寬，為880mm，對(duì)地比壓降至正通煤業(yè)公司煤炭抗壓強(qiáng)度，有效避免設(shè)備沉陷；④頂板錨桿機(jī)支護(hù)富余量為0.8m，對(duì)于處理一定程度的頂板冒落具有一定優(yōu)勢(shì)；⑤頂幫錨桿機(jī)間距具有可調(diào)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)頂幫支護(hù)同步；⑥鏟板下壓460mm，更能適應(yīng)底板沉積不平的施工環(huán)境；⑦有對(duì)應(yīng)型號(hào)的后配套設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)分區(qū)支護(hù)，大大提高支護(hù)速度。

2.2.2.2 缺陷。①錨桿機(jī)只能單一方向擺動(dòng)，靈活性較差；②設(shè)備還從未在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用，設(shè)備性能具有不確定性；③后配套橋式皮帶體積過于龐大，一方面不利于井下運(yùn)輸，另一方面對(duì)于底板不平的巷道適應(yīng)性較差；缺少前部支撐，如設(shè)備出現(xiàn)沉陷或者履帶等需維修，難度較大；④為實(shí)現(xiàn)錨桿機(jī)滑移至鏟板上方，人為將鏟板高度降低了0.4m，可能導(dǎo)致煤矸外翻，增加人工清矸量，甚至可能對(duì)機(jī)體行駛造成影響。

2.2.3 久益公司EJM2×170掘錨機(jī)

2.2.3.1 優(yōu)勢(shì)。①前排頂錨桿機(jī)兩側(cè)兩部錨桿機(jī)實(shí)現(xiàn)了打幫功能，減小了空幫距離；②底盤離地高度270mm，高度較其他廠家同類產(chǎn)品高；③頂板錨桿機(jī)實(shí)現(xiàn)了多向擺動(dòng)，靈活性較大。

2.2.3.2 缺陷。①頂錨桿機(jī)中心線距截割滾筒前段距離2.04m，空頂面積偏大，對(duì)安全生產(chǎn)不利；②履帶寬度偏窄，對(duì)地比壓大于正通煤業(yè)底板巖石抗壓強(qiáng)度，易沉陷；③設(shè)備未設(shè)計(jì)前探頂棚，缺少臨時(shí)支護(hù)；④整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還有待優(yōu)化，較以上兩家有差距。

3 國(guó)內(nèi)掘錨機(jī)使用現(xiàn)狀

因?yàn)槊洗宓V及正通煤業(yè)公司煤層的地質(zhì)特性在彬長(zhǎng)礦區(qū)極具代表性，所以下面主要以該兩家煤礦掘錨機(jī)的使用情況展開描述。

孟村礦采用久益EJM2×170掘錨機(jī)，其配備4臺(tái)高效頂板錨桿機(jī)，用于打設(shè)頂板錨桿和錨索，2臺(tái)側(cè)幫錨桿機(jī)，用于打側(cè)幫錨桿或頂錨桿。其截割寬度5 000mm～5 800mm，截割高度范圍3 500mm～4 200mm。自2020年12月22日投入試運(yùn)行，截至2021年4月20日累計(jì)掘進(jìn)施工785m，平均月進(jìn)尺196m/月。孟村礦煤巷頂幫圍巖破碎，底板遇水較軟，施工環(huán)境較差。

正通煤業(yè)公司采用鐵建重工ZJM4200C掘錨機(jī)，其同樣配備4臺(tái)頂板錨桿機(jī)及2臺(tái)側(cè)幫錨桿機(jī)，其截割寬度5 500mm～6 200mm，截割高度范圍3 500mm～4 200mm。設(shè)備自2018年8月26日投入試運(yùn)行，直到9月7日撤出，累計(jì)掘進(jìn)施工26m。正通煤業(yè)公司煤層埋深較大，礦壓顯現(xiàn)明顯，又因巷幫圍巖破碎，頂板層理發(fā)育且粘連性差，容易垮冒，底板基地較為不清且為泥巖遇水軟化，工作環(huán)境較差。

另外，通過對(duì)內(nèi)蒙古礦區(qū)幾家煤礦掘錨機(jī)使用情況的調(diào)研，內(nèi)蒙古煤層賦存較陜甘煤層好，一般情況下煤層頂板完整，煤層層理間距大，層與層之間粘連性較好，頂板不易離層、垮落。以鄂爾多斯的巴彥高勒煤礦為例,其煤巷幫部溜幫嚴(yán)重、底板偏軟，但頂板條件較好，采用山特維克MB670型掘錨機(jī)施工，月進(jìn)度保持500m以上。

表4 彬長(zhǎng)及內(nèi)蒙古礦區(qū)已用掘錨機(jī)月度進(jìn)尺情況統(tǒng)計(jì)

4 關(guān)鍵原因分析

通過以上對(duì)比分析可知：①頂板條件的好壞對(duì)掘錨機(jī)掘進(jìn)速度影響較大，掘錨機(jī)成功應(yīng)用的關(guān)鍵在于頂板控制。②彬長(zhǎng)礦區(qū)煤礦順槽底板偏軟，掘錨機(jī)的接地比壓及底盤離地高度對(duì)掘進(jìn)速度的影響也不容小覷。③對(duì)幫部圍巖的控制，雖然片幫問題對(duì)掘進(jìn)速度影響不大，但如果實(shí)現(xiàn)幫部支護(hù)拖后不大于2排，那么掘錨機(jī)掘進(jìn)速度也將會(huì)出現(xiàn)一定增幅。

5 探究應(yīng)用

通過對(duì)以上掘錨機(jī)關(guān)鍵因素及掘錨機(jī)優(yōu)劣情況的分析，正通煤業(yè)有限責(zé)任公司已與中國(guó)鐵建重工合作，就彬長(zhǎng)礦區(qū)的掘錨機(jī)改造方案召開了多次會(huì)議，進(jìn)行了深入的研究探討，不斷對(duì)目前市面上的掘錨機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造完善。目前初步方案已經(jīng)確定，改造版掘錨機(jī)底盤高度較之前的270mm提高到300mm，履帶寬度由700mm增加至880mm，接地比壓由0.25降至0.17，頂板永久支護(hù)空頂距由2.5m縮小至0.35m，幫部永久支護(hù)由4.5m縮小至2.5m，很好地解決了以上影響掘錨機(jī)快速掘進(jìn)的主要問題。首臺(tái)改造升級(jí)版掘錨機(jī)已在制作，2021年7月份在彬長(zhǎng)大佛寺煤礦投用。

6 總結(jié)

掘錨機(jī)作為目前綜合性能較好的煤礦煤巷快掘設(shè)備，按照當(dāng)前國(guó)內(nèi)煤礦分布情況，山東、河南及東北等區(qū)域井田已幾近資源枯竭，國(guó)內(nèi)主力礦井基本位于陜甘蒙疆區(qū)域，而該區(qū)域地質(zhì)條件又以陜甘地區(qū)較差，故如果在彬長(zhǎng)礦區(qū)投用成功，那么該改造后機(jī)型將幾乎能適應(yīng)所有煤礦，相信在不久的將來(lái)掘錨機(jī)將會(huì)全面替代綜掘機(jī)成為煤礦煤巷掘進(jìn)的主力設(shè)備，綜掘機(jī)時(shí)代將會(huì)逐步成為歷史。

此外，隨著智能化時(shí)代的到來(lái)，煤礦智能化建設(shè)也在逐步進(jìn)行，當(dāng)前最好的智能化礦井渝北小保當(dāng)、曹家灘已具有了較高的智能化水平，尤其是小保當(dāng)煤礦是目前國(guó)內(nèi)唯一具有智能掘進(jìn)系統(tǒng)且已投入運(yùn)行的煤礦。該套系統(tǒng)就是以掘錨機(jī)為基礎(chǔ)改進(jìn)而來(lái)，雖該套系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性較差，但作為智能掘進(jìn)的初次嘗試，效果已達(dá)到預(yù)期。之所以選定掘錨機(jī)作為智能掘進(jìn)的研究基礎(chǔ)，是因?yàn)樗悄壳白罹咧悄芑脑鞚摿Φ木蜻M(jìn)設(shè)備。因此，接下來(lái)礦山掘進(jìn)智能化建設(shè)必定還會(huì)圍繞掘錨機(jī)為中心來(lái)開展，它可能不是唯一的能夠進(jìn)化為智能掘進(jìn)的設(shè)備，但它必將是第一個(gè)進(jìn)化成功的智能掘進(jìn)設(shè)備。