朱善建

（霍州煤電集團洪洞億隆煤業(yè)有限責任公司，山西 臨汾 041612）

洪洞億隆煤業(yè)井田面積為5.941 2 km2，礦井總保有儲量為6227 萬t，主要開采1#煤層，設計生產(chǎn)能力為60 萬t/a。億隆煤業(yè)5 m 大采高采煤工作面結束后，1 煤合并層轉入1-2煤近距離煤層開采，但受上覆采空區(qū)大量積水影響，必須對1-2煤層頂、幫進行嚴格的鉆探。1-2煤層工作面巷道原采用ZY3200 型探水鉆機進行鉆探，存在單次探水時間長、巷道掘進單進水平低等問題。因此考慮將液壓鉆機集成在掘進機上，開發(fā)掘探一體機[1-6]，實現(xiàn)掘、探連續(xù)作業(yè)是非常有實踐意義的。

1 1-2 煤層工作面鉆探情況分析

1-2煤層工作面原采用ZY3200 型煤礦用全液壓坑道鉆機進行探放水鉆孔鉆探，技術參數(shù)：轉矩3200 N·m，額定轉速50～175 r/min，主軸傾角0°～90°，給進/起拔力102/70 kN，鉆進深度為300 m，配套鉆桿Φ63.5 mm，電動機功率45 kW。

從1-2煤層工作面探放水鉆孔鉆探的情況來看，鉆探效率低下，單進水平降低，主要表現(xiàn)為：工作面單次探水時間從1.5 d 增加到2.5 d，鉆探進尺從260 m 增為420 m，單進水平由420 m 降為250 m。分析原因主要為：施工巷道狹窄，ZY3200 型鉆機人工搬運過程緩慢，施工安全隱患較多；施工每個鉆孔都需要對鉆機進行運輸、安裝、底錨固定、調(diào)試方位角和傾角，作業(yè)時間長，勞動強度大；鉆機停放在巷道內(nèi)，占用空間位置，影響材料運輸。

2 EBZ220T 型掘探一體機的設計

2.1 EBZ200T 型裝備研發(fā)

結合1-2煤層工作面現(xiàn)場實況，為解決鉆機探放水鉆孔鉆探而降低巷道單進水平的問題，從優(yōu)化施工工藝及智能化建設的角度考慮，提出將ZY3200型煤礦用全液壓坑道鉆機和EBZ220 型懸臂式掘進機集成為一體，實現(xiàn)掘探一體化作業(yè)。

2.2 結構分析

對EBZ220 型懸臂式掘進機進行改造，將掘進機操作臺、電控箱由機身左側移至右側，在左側行走部履帶上方安裝ZY3200 型鉆機，鉆機與掘進機共用一套動力源。改造后的EBZ220T 型掘探一體機結構如圖1，主要包括截割部、裝載部、刮板輸送機、機架、行走部、液壓鉆機、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等部件。

圖1 EBZ220T 型掘探一體機結構示意圖

（1）截割部。切割部由160 kW 的雙速水冷動機提供動力，通過軸套傳至二級行星減速器，經(jīng)懸臂段，將動力傳給切割頭，通過切割頭的旋轉和履帶推進實現(xiàn)鉆機運動，通過切割頭的旋轉和升降以及回轉臺水平回擺實現(xiàn)徑向切割，破碎煤巖。

（2）液壓鉆機。液壓鉆機由基座、滑軌組件和鉆臂系統(tǒng)組成，布置在機身左側，液壓鉆機系統(tǒng)布置情況如圖2。物探液壓系統(tǒng)與掘進機液壓系統(tǒng)集成并相互閉鎖，通過操作各機構的動作來實現(xiàn)掘進工作面探孔的前探工作，符合“有掘必探，先探后掘”的煤礦安全施工要求，實現(xiàn)了掘探平行作業(yè)，提高了掘進工作面的施工效率。

圖2 液壓鉆機系統(tǒng)布置示意圖

2.3 技術參數(shù)

EBZ220T 型掘探一體機主要技術參數(shù)：機身長×寬×高=11 m×2.8 m×2 m，機重56 t，截割功率220 kW，可截巖石硬度≤80 MPa，適用巷道坡度±18°，可掘最大寬度和高度4.0 m×5.5 m，鉆機技術參數(shù)同ZY3200 型鉆機技術參數(shù)一致。

3 工業(yè)性試驗

3.1 工程概況

億隆煤業(yè)1-2煤層1-2-217 工作面輔運輸大巷設計長度1845 m，巷道設計為梯形，掘毛上/下寬為3.75/4.78 m，掘毛高為2.86 m，掘毛斷面面積為12.20 m2，掘凈上/下寬3.45/4.44 m，掘凈高2.69 m，掘凈斷面面積10.61 m2。巷道為半煤巖巷，4-2煤層為1.1～2.4 m，平均厚度1.8 m，采用錨、網(wǎng)+錨索+架棚+底梁聯(lián)合支護技術。1-2-217 工作面上覆1-1-203 工作面采空區(qū)，兩煤層層間距為0.7～3.9 m，為近距離煤層。受上覆1-1-203 工作面采空區(qū)大量積水影響，必須做好防治水工作。

3.2 鉆探設計

根據(jù)億隆煤業(yè)4-2煤層工作面的地質(zhì)報告情況，確定磧頭為探水線，設計鉆孔5 個，鉆孔孔深80 m，鉆孔超前距30 m，允許掘進距離50 m。

根據(jù)EBZ220T 型掘探一體機機載探水鉆機適用條件，對探放水設計進行優(yōu)化，探眼調(diào)整為偏中眼，本煤層設計鉆孔1 個，幫部鉆孔2 個，頂板鉆孔2 個。探水鉆孔設計參數(shù)見表1。

表1 探水鉆孔設計參數(shù)

3.3 工藝流程

3.3.1 掘進工藝

將液壓系統(tǒng)切換至掘進液壓系統(tǒng)回路，司機開機→由巷道中下部進刀，由淺入深，左右擺動，達到設計截割深度，按路線截割→斷面完成截割后，升前探梁，掘進機閉鎖→支護作業(yè)→下一循環(huán)。掘進作業(yè)時，液壓鉆機處于閉鎖狀態(tài)，不影響截割部的正常作業(yè)。

3.3.2 鉆探工藝

（1）鉆探工作的“四到位”。電話、支護、排水系統(tǒng)、迎頭水泵全部準備到位。

（2）鉆機準備。掘進機截割結束后，將截割頭擺到掘進機右側落地。在主操作臺位置，切換三通球閥，切換液壓系統(tǒng)回路，操作基座滑動控制手柄，將基座推到滑軌最前端，安裝鉆桿、鉆頭和注水器，準備鉆探。

（3）鉆機位置調(diào)整。通過兩位三通球閥將鉆機液壓系統(tǒng)切換到鉆架操作位置，根據(jù)探孔位置布置，并操縱鉆機使其到達合適位置。

（4）鉆探通過兩位三通球閥將探水鉆機液壓系統(tǒng)切換到鉆機操作位置，通過操縱鉆機操作臺上各自的控制手柄來實現(xiàn)鉆探和起拔。

（5）鉆探完成后將基座退回到滑軌組件最后面，將鉆臂左擺一定角度，使鉆機與左行走支撐板平齊，探水結束。

3.4 應用效果

從EBZ220T 型掘探一體機在1-2-217 工作面輔運輸大巷的現(xiàn)場應用情況來看，該掘探一體機與原ZY3200 型煤礦用全液壓坑道鉆機對比，工作效果較為顯著，主要體現(xiàn)在五個方面：

（1）安全。ZY2300 型探水鉆機進出鉆需要進行人工運輸，而掘探一體機采用機械自移，提高了鉆機運輸過程中的安全系數(shù)。

（2）勞動強度。掘探一體機實現(xiàn)了移鉆、調(diào)鉆機械化，節(jié)省了鉆機、操作臺、油泵的人工安裝和固定工序，大幅降低了操作人員的勞動強度。

（3）人員工效。使用ZY3200 型探水鉆機鉆探，防治水隊需配備3 名操作工，隊組配備4 名職工移鉆；使用掘探一體機鉆探，防治水隊僅需配備1 名操作工，隊組配合3 名職工，提高了人員工效。

（4）作業(yè)工序。掘探一體機探水作業(yè)結束后，通過液壓系統(tǒng)的轉換，能夠直接進行掘進作業(yè)，實現(xiàn)掘、探連續(xù)作業(yè)。

（5）單進水平。每次探水掘探一體機進鉆機節(jié)省230 min，鉆探一根1.5 m 鉆桿節(jié)省2 min，調(diào)鉆1 個眼節(jié)省15 min，回撤鉆機節(jié)省175 min，回撒鉆桿節(jié)省30 min，一循環(huán)鉆探作業(yè)增加約21 h 生產(chǎn)時間。每次探水可節(jié)省2.6 個小班，每月探水5 次，節(jié)約13 個小班，月進尺可提高45.5 m。

4 結論

（1）通過對EBZ220 型懸臂式掘進機進行改造，開發(fā)了掘探一體機能夠實現(xiàn)掘、探連續(xù)作業(yè)，適用于中小斷面的掘探一體化作業(yè)。

（2）EBZ220T 型掘探一體機安全系數(shù)高，設備損耗較小，在提高防治水安全管理和單進水平方面效果顯著，具有較好的推廣價值。