連續(xù)運(yùn)輸裝備和掘錨機(jī)組配套在巷道快速掘進(jìn)中的成功應(yīng)用

溫建剛

（中國煤炭科工集團(tuán) 太原研究院，山西 太原 030006)

0 引言

我國煤炭建設(shè)發(fā)展的總趨勢是建設(shè)安全高效現(xiàn)代化礦井。通過近30年的發(fā)展，我國各大高產(chǎn)高效煤礦綜采技術(shù)及設(shè)備已達(dá)到世界領(lǐng)先水平，單個采煤工作面年產(chǎn)千萬噸甚至更高，礦井的接續(xù)產(chǎn)生對煤巷施工速度提出了更高要求。國內(nèi)目前使用的巷道機(jī)械化掘進(jìn)作業(yè)線可分為三類：部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)作業(yè)線、連續(xù)采煤機(jī)作業(yè)線和掘錨機(jī)組作業(yè)線。部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)已經(jīng)無法滿足大斷面巷道快速掘進(jìn)的生產(chǎn)要求；與掘錨機(jī)一體機(jī)于連續(xù)采煤機(jī)相比具有安全、減少掘進(jìn)巷道施工量、降低生產(chǎn)成本等優(yōu)勢。對于頂板軟弱的大斷面煤巷掘進(jìn)，掘錨一體機(jī)比連續(xù)采煤機(jī)具有更大的優(yōu)勢。掘錨一體化代表當(dāng)今世界煤巷綜掘施工的最高水平和發(fā)展趨勢。

國內(nèi)使用的掘錨機(jī)主要是山特維克公司的進(jìn)口產(chǎn)品，具有代表性的有ABM20 型和BM670 型掘錨機(jī)。神華寧煤集團(tuán)從2007年4月開始，先后從山特維克公司進(jìn)口了2套ABM20 型和3套ABM20S 型掘錨機(jī)，與由山西天地煤機(jī)裝備有限公司生產(chǎn)的掘錨機(jī)后配套連續(xù)運(yùn)輸裝備配套使用，首次用于寧東礦區(qū)羊場灣煤礦回采巷道的施工。

1 礦井概況

1.1 巷道布置概況

羊場灣煤礦13采區(qū)西翼回風(fēng)大巷，該工作面位于羊場灣煤礦井田西翼13采區(qū)，其回風(fēng)大巷設(shè)計于2#煤層中，沿煤層頂板掘進(jìn)。所掘巷道為矩形，設(shè)計巷道斷面為（5200×3800）mm。

1.2 地質(zhì)基本概況

羊場灣煤礦13采區(qū)西翼回風(fēng)大巷設(shè)計位于2#煤層中，沿2#煤底板掘進(jìn)。2#煤厚6.85～7.37m，平均厚7m， 傾向 120°～140°， 傾角 8°～13°， 平均 10°。 煤層硬度系數(shù)f=1～2。偽頂為泥巖（厚0.58m），直接頂為粗砂巖（平均厚3.86m），老頂為粉砂巖和細(xì)砂巖互層（平均厚7.67m）。

1.3 支護(hù)形式

羊場灣煤礦13采區(qū)西翼回風(fēng)大巷設(shè)計為矩形斷面，采用錨網(wǎng)+鋼帶+錨索聯(lián)合支護(hù)，掘進(jìn)斷面19.76m2，巷道寬度5200mm，高度3800mm。頂部錨桿采用φ20mm×2500mm的螺紋鋼錨桿，矩形布置，每排布置7根錨桿，錨桿間距 800mm、排距 900mm；頂板鋪設(shè)（5400×1050）mm金屬網(wǎng)， 網(wǎng)孔規(guī)格為（150×150）mm。 每排頂錨桿壓一根鋼帶，鋼帶采用φ18mm 圓鋼焊接。兩幫錨桿采用φ18mm×1800mm的玻璃鋼錨桿，幫部各布置5根錨桿。兩幫鋪設(shè)塑鋼網(wǎng)。 錨索選用 φ17.8mm×10300mm（1×7）鋼絞線，每3米布置5根，五花布置，一排三根，一排兩根，交替進(jìn)行，排距1500mm，三根一排的錨索加托梁，沿巷中及其左、右布置，間距2000mm；兩根一排的錨索沿巷中左、右對稱布置，間距2200mm，見圖1。

2 掘進(jìn)工作面設(shè)備布置與參數(shù)

（1）工作面設(shè)備布置：工作面采用ABM20 型掘錨機(jī)為主要掘進(jìn)設(shè)備。JLY1000/822 型掘錨機(jī)后配套連續(xù)運(yùn)輸裝備為轉(zhuǎn)載破碎設(shè)備，后配套設(shè)備主要包括行走式轉(zhuǎn)載破碎機(jī)、煤礦用帶式轉(zhuǎn)載機(jī)和剛性皮帶架各一套。其與掘錨機(jī)、巷道主帶式輸送機(jī)等設(shè)備配套，共同組成巷道掘進(jìn)工程的連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)落煤、裝煤、支護(hù)、破碎及運(yùn)煤的機(jī)械化作業(yè)。其工作面設(shè)備布置如圖2所示。

圖1 巷道斷面支護(hù)圖

圖2 工作面設(shè)備布置

（2）工作面主要設(shè)備及參數(shù)。如表1所示。

表1 掘進(jìn)工作面主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

3 施工工藝及支護(hù)

3.1 施工設(shè)備的選型

采用ABM20 型掘錨機(jī)完成割煤、裝煤及支護(hù)；選用JLY1000/322 型掘錨機(jī)后配套連續(xù)運(yùn)輸裝備作為掘錨機(jī)的后配套設(shè)備完成物料的倉儲、破碎和轉(zhuǎn)載；選用DSPl000 型的可伸縮膠帶輸送機(jī)完成煤流的主巷運(yùn)輸；選用WCP/75 型防爆膠輪車進(jìn)行物料、小型設(shè)備、人員等輔助運(yùn)輸（見表1）。

3.2 掘進(jìn)工藝

當(dāng)掘錨機(jī)后配套運(yùn)輸裝備隨掘錨機(jī)組前進(jìn)搭接行程（20m）終端后，行走式轉(zhuǎn)載破碎機(jī)后退，與煤礦用帶式轉(zhuǎn)載機(jī)一起退回到初始工作位置，此時成套裝備長度最短。然后便可利用適當(dāng)?shù)能涍B接件，如纜索或圓環(huán)連牢固連接行走式轉(zhuǎn)載破碎機(jī)和剛性皮帶機(jī)架，由行走式轉(zhuǎn)載破碎機(jī)將成套裝備拉移到新的工位，以便開始下一個掘錨循環(huán)作業(yè)。

3.3 施工方法

（1）截割及裝煤。采用ABM20 型掘錨機(jī)完成落煤與裝煤工序。首先將機(jī)器前進(jìn)至截割滾筒緊靠煤壁及頂板，采用激光定位的方式將掘錨機(jī)調(diào)整到巷道前進(jìn)方向的中間位置，放下后穩(wěn)定器，撐起液壓支撐架，開始截割；截割機(jī)構(gòu)和裝載運(yùn)輸機(jī)構(gòu)隨滑動機(jī)架由進(jìn)給油缸向前推移，截割滾筒切入煤壁開始切割，到達(dá)預(yù)定截深后，截割滾筒從頂向底完成巷道全斷面的切割，裝運(yùn)機(jī)構(gòu)同時裝運(yùn)所采落的煤炭，當(dāng)截割滾筒割到底板時，收回截割和裝運(yùn)機(jī)構(gòu)，截割底煤，使巷道底板平整，并裝完余煤。再將掘錨機(jī)調(diào)整到作業(yè)前狀態(tài)，進(jìn)行下一循環(huán)的截割。

（2）運(yùn)煤。掘錨機(jī)后配套運(yùn)輸裝備指跟隨在掘錨機(jī)之后能把掘錨機(jī)截割、轉(zhuǎn)運(yùn)來的物料經(jīng)儲存、破碎、均勻轉(zhuǎn)載至帶式輸送機(jī)的成套設(shè)備。其運(yùn)煤過程為：掘錨機(jī)的中部擺動運(yùn)輸機(jī)將掘錨機(jī)割落并由鏟板爬爪裝入的煤卸到后部的行走式轉(zhuǎn)載破碎機(jī)受料斗中，經(jīng)由破碎機(jī)倉儲緩沖并破碎后均勻轉(zhuǎn)運(yùn)至后面的煤礦用帶式轉(zhuǎn)載機(jī)上，最后卸入巷道可伸縮帶式輸送機(jī)。

（3）支護(hù)。 在掘錨機(jī)截割前，已經(jīng)放下放下后穩(wěn)定器，先把網(wǎng)連接起來，然后撐起液壓支臨時支護(hù)并將支護(hù)梁支撐到工作區(qū)的頂板上。在掘錨機(jī)截割的同時，將遙控器定到支護(hù)狀態(tài)。操縱頂錨桿鉆機(jī)的鉆臂左右的擺動閥，使兩臺鉆架準(zhǔn)確到達(dá)鉆眼位置。根據(jù)巷道高度和設(shè)計眼深裝入合適長度的鉆桿。操縱鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)閥及給進(jìn)閥，進(jìn)行鉆眼。當(dāng)眼深施工到設(shè)計深度時，反向給進(jìn)，同時繼續(xù)保持鉆桿旋轉(zhuǎn)，將鉆桿退出。若因眼深需加長鉆桿時，應(yīng)根據(jù)孔深度選擇鉆桿繼續(xù)鉆孔。在孔內(nèi)裝入適量的樹脂藥卷，將安裝套裝入鉆卡，將錨桿裝入套頭，操縱鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)閥及給進(jìn)閥。升起鉆臂，將錨桿導(dǎo)人鉆孔內(nèi)。當(dāng)托盤與頂板距離約50mm時停止。停止旋轉(zhuǎn)。使用給進(jìn)閥向上推錨桿使錨桿托板與巖面緊貼，保持一段時間。降下鉆臂，取下連接套，人工緊固錨桿。其余頂錨桿及側(cè)幫錨桿，重復(fù)上述過程即可。

（4）勞動組織。根據(jù)礦井的開拓布局和施工技術(shù)條件實(shí)行 “三八”工作制，即三個生產(chǎn)班，每班8小時循環(huán)作業(yè)，設(shè)備檢修維護(hù)、材料運(yùn)輸?shù)壤迷绨鄷r間進(jìn)行。生產(chǎn)班每班配備有班長、掘錨機(jī)司機(jī)、破碎機(jī)司機(jī)、膠帶機(jī)司機(jī)、支護(hù)工、電鉗工等工種，三個班共配備57人。各工種作業(yè)人員應(yīng)互相協(xié)調(diào)充分利用工時，提高生產(chǎn)效率，特別要堅(jiān)持正規(guī)循環(huán)作業(yè)，確保工作面安全生產(chǎn)和設(shè)備高效運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高效。

4 應(yīng)用效果

ABM20 型掘錨機(jī)和JLY800/322 型掘錨機(jī)后配套連續(xù)運(yùn)輸裝備2009年5月25日開始井下安裝調(diào)試，6月1日正式投入生產(chǎn)，在掘進(jìn)工程中最高月進(jìn)尺439.5m。掘錨機(jī)組施工的13采區(qū)西翼回風(fēng)大巷的圍巖地質(zhì)條件較為復(fù)雜，巷道頂板壓力大，易冒落，巷道兩幫易片幫，造成支護(hù)強(qiáng)度加大，錨索長度10.3m，達(dá)到1.67根／m，致使巷道支護(hù)工序時間大大延長，掘錨時間比平均為1∶7，設(shè)備的主要性能特點(diǎn)即掘錨平行作業(yè)的優(yōu)勢沒有充分發(fā)揮出來，大大影響了掘錨機(jī)掘進(jìn)速度。

5 結(jié)束語

掘錨機(jī)及其后配套連續(xù)運(yùn)輸裝備在巷道快速掘進(jìn)中的配套技術(shù)已經(jīng)在神華寧東礦區(qū)、神東礦區(qū)、東勝礦區(qū)及山西潞安礦區(qū)等普遍應(yīng)用，為礦井的安全、高效生產(chǎn)提供了關(guān)鍵技術(shù)支持：

（1）掘錨機(jī)能夠完成截割、裝運(yùn)、轉(zhuǎn)載煤巖同時又能打眼安裝錨桿，它在煤巷快速掘進(jìn)，提高錨桿支護(hù)效果以及改善作業(yè)環(huán)境等方面具有很大的技術(shù)優(yōu)勢，并且其掘進(jìn)時一次成巷，工程質(zhì)量易于控制。

（2）實(shí)踐證明，掘錨機(jī)、JLY800/322 型掘錨機(jī)后配套連續(xù)運(yùn)輸裝備的配套使用，解決了巷道掘進(jìn)過程中設(shè)備牽引、物料破碎、煤流緩沖、底板松軟等生產(chǎn)中遇到的難題，不但大大提高了掘錨機(jī)掘進(jìn)作業(yè)線設(shè)備的綜合配套能力，充分發(fā)揮了掘錨機(jī)的生產(chǎn)能力，加快煤巷掘進(jìn)速度，實(shí)現(xiàn)采掘均衡協(xié)調(diào)發(fā)展，從而提高了采煤工作面開采的效率，同時也減輕了工人的勞動強(qiáng)度和提高了生產(chǎn)的安全性，極大滿足了高產(chǎn)高效煤礦綜采面的接續(xù)需求，是我國煤礦實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)的理想掘錨機(jī)后配套設(shè)備。

（3）隨著礦井開采的深入，掘采煤層會越來越深，掘進(jìn)條件也會越來越差，所以掘錨機(jī)及其后配套運(yùn)輸裝備將具有更廣闊的應(yīng)用前景。掘錨機(jī)快速掘進(jìn)技術(shù)的研究對煤炭深層開采的實(shí)現(xiàn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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