張 瑋

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)長平公司，山西 晉城 048006）

近些年，掘進(jìn)速度低于回采速度成為了煤礦采掘關(guān)系緊張的主要矛盾點(diǎn)[1]。采煤工作面智能化程度越來越高，因此對(duì)采掘工作面的推進(jìn)速度提出了更高的要求[2]。實(shí)現(xiàn)采掘設(shè)備的智能化操控，已成為采掘設(shè)備升級(jí)改造的重要方向[3]。目前長平公司煤巷采用的EBZ150（160）掘進(jìn)機(jī)+CMM2-15（20）鉆車，底抽巷采用EBZ200（260） +180 N·m 液鉆，是目前國內(nèi)煤巷掘進(jìn)中快速、高效、安全的設(shè)備[4-5]。

1 煤巷概況及存在問題

長平公司3#煤巷具有“三高、三軟、三多、一差”的特征（即高含量、高壓力、高應(yīng)力；煤層軟、頂板軟、底板軟；斷層多、陷落柱多、煤層含水層多；透氣性差）。開采區(qū)域埋深超過700 m，局部接近800 m。五盤區(qū)大巷為“四煤兩巖”六條大巷布置。如圖1。

圖1 五盤區(qū)大巷“兩巖四煤”布置剖面圖

瓦斯含量隨埋深逐漸增加，受泮溝南向斜、斷層、陷落柱影響大，而試驗(yàn)應(yīng)用的五盤區(qū)膠帶機(jī)巷煤層埋深720 m，原始瓦斯含量15 m3/t。五盤區(qū)膠帶巷掘進(jìn)期間殘余瓦斯含量為7.2 m3/t。工作面采用2×55 kW 風(fēng)機(jī)，風(fēng)量850 m3/min，工作面探頭在0.3%～0.4%，回風(fēng)探頭0.4%～0.5%，瓦斯涌出量3.4～4.25 m3/min。

目前，長平公司掘進(jìn)工作面主要分為3#煤巷和底抽巷兩類，兩種掘進(jìn)生產(chǎn)作業(yè)線主要存在工作面設(shè)備多、機(jī)械化程度不高、工作勞動(dòng)強(qiáng)度大、設(shè)備管理難度大、作業(yè)工序不連續(xù)等問題。為了解決以上問題，在多方調(diào)研和數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有的EBZ160 綜掘機(jī)進(jìn)行了升級(jí)改造。長平礦煤層及地表標(biāo)高變化趨勢(shì)如圖2。

圖2 長平礦煤層及地表標(biāo)高變化趨勢(shì)

2 掘錨機(jī)EBZ160M-4 型簡介

EBZ160M-4 型掘錨一體機(jī)是基于長平公司當(dāng)前3#巷掘進(jìn)的現(xiàn)狀，對(duì)現(xiàn)有EBZ160 綜掘機(jī)升級(jí)改造研發(fā)的一部快速掘進(jìn)裝備，實(shí)現(xiàn)了掘、錨二合一的快速掘進(jìn)目標(biāo)，主要改造內(nèi)容有（如圖3）：

圖3 掘錨一體機(jī)改造結(jié)構(gòu)圖

（1）增加兩臺(tái)前鉆臂（轉(zhuǎn)矩300 N·m，轉(zhuǎn)速550 r/min，推進(jìn)行程1660 mm，伸縮行程3.9 m）；

（2）改造鏟板部（由2.8 m 改造為后3.2 m）；

（3）配置電液比例控制閥實(shí)現(xiàn)了無線遙控技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)截割、鏟板、行走、星輪、輸送、后支撐遠(yuǎn)程遙控控制（遙控距離可達(dá)50 m）；

（4）新增了移動(dòng)式鉆臂操作平臺(tái)和機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)平臺(tái)（最大支撐高度5 m，支撐力20 kN）；

（5）設(shè)計(jì)面板切換閥實(shí)現(xiàn)截割系統(tǒng)和錨鉆系統(tǒng)的功能互鎖；

（6）增加兩臺(tái)后鉆臂（轉(zhuǎn)矩135 N·m，轉(zhuǎn)速350 r/min，推進(jìn)行程1000 mm，伸縮行程3.9 m）。

3 掘錨一體機(jī)的應(yīng)用及不足

長平公司從2020 年2 月20 日開始，將改進(jìn)后的EBZ160M-4 掘錨一體機(jī)應(yīng)用于3#煤膠帶機(jī)巷的快速掘進(jìn)工作中，基本實(shí)現(xiàn)了安全掘進(jìn)和高效掘進(jìn)，同時(shí)也存在一些突出的問題亟待解決。

3.1 安全掘進(jìn)

從本質(zhì)設(shè)計(jì)保障安全，通過切換閥實(shí)現(xiàn)截割和錨鉆系統(tǒng)的功能互鎖，裝備實(shí)現(xiàn)了本質(zhì)安全型；將原綜掘機(jī)+鉆車的設(shè)備合二為一，降低了設(shè)備管理難度；EBZ160M-4 掘錨一體機(jī)實(shí)現(xiàn)遙控操作，割煤簡單，提升了50%效率，使得設(shè)備管理簡單化；采用了操作平臺(tái)+機(jī)身平臺(tái)的一體化設(shè)計(jì)方式，平臺(tái)面積為（3.8 m×1.5 m），職工操作安全可靠，作業(yè)條件得到改善；掘錨一體機(jī)EBZ160M-4 割煤后，能夠及時(shí)升緊臨時(shí)支護(hù)，空頂時(shí)間為“零”，杜絕了迎頭頂板事故的發(fā)生。

3.2 高效掘進(jìn)

原工作面在每個(gè)循環(huán)過程中存在4 次進(jìn)退機(jī)，用時(shí)16 min。改造后的EBZ160M-4 一體機(jī)存在1次退機(jī)，用時(shí)1 min。每個(gè)循環(huán)節(jié)省15 min，減少了作業(yè)工序，提高了掘進(jìn)效率。由于15 鉆車的平臺(tái)高度為1.1 m，無法滿足長平公司排放孔的施工要求，所以需要搭架作業(yè)，工序復(fù)雜。采用EBZ160M-4掘錨一體機(jī)后，操作平臺(tái)的高度2.2 m，很好地解決了施工排放孔的要求。目前16 個(gè)排放孔的時(shí)間在4 個(gè)小時(shí)，節(jié)省了30 min，加快了排放孔的施工速度。

EBZ160M-4 掘錨一體機(jī)采用機(jī)載液壓漲拉泵，漲拉1 根錨索用時(shí)1 min，較風(fēng)動(dòng)漲拉泵快了2 min，每個(gè)循環(huán)節(jié)省時(shí)間20 min。該一體機(jī)共有4個(gè)鉆臂，其中兩個(gè)前鉆臂施工需要4 個(gè)人，后鉆臂需要2個(gè)人，迎頭的作業(yè)人員由原來的7人降為6人，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。使用EBZ160M-4 掘錨一體機(jī)后，進(jìn)尺穩(wěn)步提高，周進(jìn)尺最高49 m，日均進(jìn)尺由原4.5 m 提升至7 m，提升效率將近50%。

3.3 掘進(jìn)中存在的問題

改造后的EBZ160M-4 掘錨一體機(jī)在掘進(jìn)工作中主要存在接地比壓大易臥機(jī)、鉆臂伸縮困難、鉆臂液管多易拌斷、鏟板寬度不足不易收煤、操作平臺(tái)滿足不了施工檢測(cè)孔的要求、推進(jìn)器不滿足設(shè)計(jì)預(yù)緊力矩的要求、作業(yè)工序多等問題。通過應(yīng)用發(fā)現(xiàn)問題再做進(jìn)一步的改善。

4 掘錨一體機(jī)的應(yīng)用完善

針對(duì)改造后的EBZ160M-4 掘錨一體機(jī)在掘進(jìn)中突顯的問題，進(jìn)一步完善改進(jìn)后如圖4。

圖4 改善后的EBZ160M-4 掘錨一體機(jī)

（1）接地比壓大易臥機(jī)的原因?yàn)楦脑煲院蠼拥乇葔河稍瓉淼?.14 增加到0.21，臥機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)增加。改進(jìn)措施為將原來160 的履帶更換為200 的履帶，減少接地比壓。

（2）鉆臂伸縮困難的原因?yàn)殂@臂伸縮采用滑道的方式，伸縮過程中，由于平面滑動(dòng)接觸，使得接觸面積大，造成伸縮期間摩擦較大，運(yùn)行不靈活造成每次循環(huán)都不同程度的影響掘進(jìn)時(shí)間。改進(jìn)措施為鉆臂伸縮采用滾輪式，徹底解決伸縮困難這個(gè)難題。

（3）鉆臂液管多易拌斷的原因?yàn)殂@臂結(jié)構(gòu)有缺陷，設(shè)計(jì)時(shí)油管布置采用外露式，共有36 根，造成油管和監(jiān)測(cè)線經(jīng)?？ńO。改進(jìn)措施為油管布置采用隱藏式，外露只有3 根油管。

（4）鏟板寬度不足不易收煤的原因?yàn)闄C(jī)身的寬度為3 m，鏟板的寬度為3.2 m，進(jìn)刀收煤的時(shí)候容易掛機(jī)身，造成機(jī)組司機(jī)收煤不凈。改進(jìn)措施為將鏟板的寬度增加到3.6 m，便于機(jī)組司機(jī)二次進(jìn)刀收煤干凈。

（5）操作平臺(tái)滿足不了施工檢測(cè)孔的要求的原因?yàn)槟壳安僮髌脚_(tái)為3.8 m×1.5 m，滿足不了施工檢測(cè)孔的要求。改進(jìn)措施為根據(jù)檢測(cè)孔的布置圖，將平臺(tái)的寬度修改為4.5 m×1.5 m。

（6）推進(jìn)器不能滿足設(shè)計(jì)預(yù)緊力矩的要求，作業(yè)工序多的原因?yàn)榫蝈^一體機(jī)的鉆臂推進(jìn)器給的預(yù)緊力矩為245 N·m，滿足不了幫錨桿預(yù)緊力400 N·m 的要求，所以還需要用風(fēng)動(dòng)扳手進(jìn)行緊固。改進(jìn)措施為將推進(jìn)器的線性馬達(dá)的型號(hào)由L30-25更換為大扭矩的線性馬達(dá)L30-42，扭矩由原來的245 N·m 增加到800 N·m。

（7）從強(qiáng)化瓦斯抽采方向助推采掘提效。五盤區(qū)煤巷掘進(jìn)期瓦斯含量在8 m3/t 以下，但由于煤層埋深大、煤體松軟、斜茬煤發(fā)育，影響截割速度和割煤效率。區(qū)隊(duì)在執(zhí)行“四位一體”防突措施中，遇到煤體變化、巷道應(yīng)力疊加等異常情況下，要恢復(fù)小循環(huán)掘進(jìn)，瓦斯釋放孔的施工對(duì)生產(chǎn)有一定影響。因此，還需要持續(xù)加大瓦斯抽采力度，強(qiáng)化瓦斯“降量卸壓”，真正實(shí)現(xiàn)“高瓦斯頭面，低瓦斯掘進(jìn)”的目標(biāo)。

5 結(jié)語

長平公司自2020 年2 月開始，將掘錨一體機(jī)EBZ160M-4 應(yīng)用于膠帶機(jī)巷的采掘中，截至目前，工作穩(wěn)定可靠且能夠滿足巷道的快速掘進(jìn)要求，單班最高進(jìn)尺5 m，日最高進(jìn)尺8 m，月最高進(jìn)尺216 m，平均每天進(jìn)尺7 m，實(shí)現(xiàn)了掘、錨二合一的快速掘進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了煤巷掘進(jìn)“安全、高效、達(dá)標(biāo)、文化”四方面的變化。