掘錨探一體機在大斷面巷道掘進中的應用

袁文豐,宋 杰

(1.山西煤炭運銷集團長治有限公司,山西 長治 046000;2.山西長治王莊煤業(yè)有限責任公司,山西 長治 046000)

掘錨探一體機在大斷面巷道掘進中的應用

袁文豐1,宋 杰2

(1.山西煤炭運銷集團長治有限公司,山西 長治 046000;2.山西長治王莊煤業(yè)有限責任公司,山西 長治 046000)

針對目前礦井掘進開采中存在的問題,并為提高大斷面巷道的掘進速度和巷道成巷質量,確保掘進施工安全,王莊煤礦通過對原有EBZ200綜掘機進行技術改造,在原綜掘機基礎上配套了錨桿鉆機和探水鉆機,組合成新型掘錨探一體機,并在巷道掘進工程中成功應用,取得顯著的經濟效益和技術效益。

掘錨探一體機;掘進;支護

隨著國內煤礦機械化技術的迅速發(fā)展,采掘裝備的研制、生產和應用均有了長足的進步[1-4],目前大多數礦井在巷道掘進施工中采用懸臂式掘進機配合錨桿鉆機進行掘進作業(yè)。這種作業(yè)方式存在的主要問題是綜掘機開進退出非常頻繁,開機率不高,錨桿鉆機依靠人工頻繁搬動,輔助作業(yè)時間較長,占用人員多、工人勞動強度大,導致礦井掘進效率低、單進水平低下等問題。此外,由于近年來掘進工作面老空水害事故時有發(fā)生,山西省嚴格要求省內各煤礦在巷道掘進時做到“有掘必探”,每個掘進工作面必須配備探水鉆機。綜掘機、錨桿鉆機、探水鉆機“三機”進退頻繁,作業(yè)空間狹小,影響掘進進尺,并帶來潛在的安全隱患。因此,研究出一種新型的綜掘配套技術,通過減少設備搬遷,降低工人勞動強度,提高設備開機率,進而提高礦井的進尺水平,是建設現代化高產高效礦井一個亟待解決的問題。

為適應采煤工作面快速回采的需要,提高巷道掘進速度,實現采掘平衡,王莊煤礦經過兩年多的研究摸索,將掘進工作面“三機”進行有效的融合,形成了掘錨探一體機,并在巷道掘進工程中成功應用,取得了顯著的技術經濟效益。

1 礦井概況

山西長治王莊煤業(yè)有限責任公司位于山西省長治縣蔭城鎮(zhèn)西陜村,生產能力為240 t/a,礦井采用一井一面、斜井開拓方式,布置主斜井、膠輪車運輸副斜井、進風斜井和回風立井,屬于瓦斯礦井。主采煤層為二疊系山西組3#煤層,煤質為貧煤,平均煤厚5.08 m,結構簡單,含0-3層夾矸,煤層厚度穩(wěn)定,為全井田可采的穩(wěn)定煤層。煤層頂板多為中、細粒砂巖,局部為泥巖、砂質泥巖;底板多為泥巖、砂質泥巖、局部為細砂巖。地質類型為簡單,水文地質構造為中等。目前,回采工作面采用大采高一次采全高綜采工藝,掘進工作面全部實現了綜合機械化掘進,巷道均為斷面積20 m2以上的超大斷面巷道,支護方式為錨網索聯(lián)合支護。

2 掘錨探一體機改裝

2.1 掘錨探一體機構成

王莊煤礦通過將綜掘機、錨桿鉆機和探水鉆機進行合理的組裝,充分發(fā)揮三套設備的性能,形成了新型的掘錨探一體機。

改裝后的掘錨探一體機由行走機構、升降平臺、伸縮鉆臂、鏟裝機構、割煤機構五個主要部分組成,各結構的用途如下:

圖1 掘錨探一體機結構示意圖Fig.1 Structural Diagram of tunnel-anchoring-exploring machine

行走機構分別由兩臺液壓馬達驅動,通過減速機構驅動鏈輪帶動履帶實現行走,履帶漲緊機構由漲緊輪組、漲緊油缸組成,漲緊輪組通過漲緊油缸的伸縮運動可調整履帶的漲緊程度。

在行走部的結構上,設有升降平臺裝置。升降平臺裝置是由連桿、支承油缸、升降架等部件組成,可做到0 mm～800 mm行程的升降,能很好滿足錨桿支護操作人員進行高空作業(yè)的要求,同時升降平臺兩側翻板及滑板展開后寬度可達4.6 m,使得作業(yè)人員的作業(yè)空間大大提高。

臨時支護機構裝于升降平臺前部中間位置,支承方筒在支護調整油缸的作用下可前后多角度變化,使臨時支護頂梁更好的支撐頂板。臨時支護機構的主要作用是:起到臨時支護的目的,讓錨桿支護工處于臨時支護下工作,防止突然頂板塌陷、冒落傷人。輔助工人將頂網鋪設到頂板,大大降低工人勞動強度。

伸縮鉆臂可適用于掘進工作面斷面寬度5.5 m～6 m、高度3.8 m～5 m的巷道,并且在結構和功能上可配合升降平臺工作。該機構可根據巷道不同高度情況,通過升降平臺來調整人員的作業(yè)高度,從而實現巷道頂板錨索孔、側幫上的錨桿孔、炮眼孔、探水鉆孔及瓦斯鉆孔的機械化作業(yè)施工。

在改造過程中,充分考慮目前礦井有掘必探的要求,利用鉆臂動作靈活性增加了施工探測孔的功能。從而使得該機不僅能施工錨桿(索)孔,而且處于巷道迎頭的炮眼孔、探水孔及探放瓦斯孔均能方便使用該機構進行機械化施工作業(yè),大大擴大了設備的作業(yè)面和適用范圍,同時也方便了井下作業(yè),減少了井下設備種類,優(yōu)化了巷道設備配置。

2.2 掘錨探一體機的應用情況對比

2.2.1 經濟效益

1) 改造前:

工作面設備配置:EBZ200綜掘機1臺、310萬元,MYT150錨桿鉆機3臺、18 803元/臺,兩臺泵站、1.5萬元/臺,3臺50幫機、3 080元/臺,兩臺ZYJ-160/460型架柱式液壓回轉鉆機、18.5萬元/臺,合計356.6萬元。

2) 改造后:

綜掘機310萬元、改造費用120萬元,合計430萬元,多投資73.4萬元,但一次投資,整體性好,能夠完成掘進工作面探水、掘進、錨桿支護三個工序的作業(yè)。

2.2.2 技術效益

1) 改造前：人工搬運錨桿機、探水鉆機等設備,在大斷面迎頭進行探水、支護作業(yè),存在一定安全隱患。

掘進機割煤,出煤后,后撤5 m,然后將錨桿鉆機、探水鉆機人工移至工作面,進行支護、探水,完成后再將錨桿鉆機、探水鉆機移出工作面。日出勤34個、進尺8 m。

綜掘機需要多次進退機、探水鉆機、錨桿鉆機要二次搬運,設備的維護工作量、費用增加。改造后,系統(tǒng)結構簡化,整機動作,共用一套液壓系統(tǒng),省去錨桿鉆機、探水鉆機的動力源費用。

2) 改造后:工人在綜掘機上部平臺即可完成探水、掘進、支護三個工序,簡單、方便,安全性進一步提高。

人員較少,除更換鉆桿、裝錨桿、裝藥工序外,其余操作均由一人完成,日出勤31個、進尺10 m,掘進工效提高0.09 m/工。

可以給工人提供較為寬松的作業(yè)環(huán)境,割煤、出煤后,不需后撤掘進機就可完成支護、探水作業(yè),只需簡單操縱閥柄即可完成,工人勞動強度降低。

2.2.3 綜合分析

使用改造后的掘錨探一體機在巷道掘進中具有顯著的技術經濟效益,巷道日進尺由8 m提高到10 m,人工費用按照150元/人,巷道掘進費用按照5 000 元/m,年出勤工日330 d計算,每年可提高660 m的進尺水平,年創(chuàng)效271.45萬元。

表1 掘錨探一體機綜合分析

3 結束語

經過王莊煤礦一年多的現場應用,掘錨探一體機結構合理,機構緊湊,運轉靈活,操作方便,是實現大斷面巷道快速、高效、機械化掘進支護的一種有效裝備,并具有如下優(yōu)點[5-13]:

1) 掘錨探一體機鉆臂動作靈活,可實現不同位置和角度的旋轉,并進行全方位的頂板、側幫錨桿、錨索、探水鉆孔及瓦斯鉆孔的施工作業(yè)。

2) 利用可升降的臨時支護機構,在迎頭空頂下可對作業(yè)人員進行保護;同時,設有可升降的作業(yè)平臺,兩組鉆臂可隨作業(yè)平臺上下升降,以滿足不同巷道高度的施工要求,方便作業(yè)人員操作。

3) 通過改造后,可實現真正的掘進迎頭的探、掘管理,從設備上保證“有掘必探,不探不掘”,確保掘進機在安全控制范圍內掘進。

4) 改造后的掘錨探一體機在巷道快速掘進中進行了成功的應用,取得了顯著的技術經濟效益,并可在類似條件的巷道掘進中推廣應用。

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ApplicationofTunnel-anchoring-exploringMachineintheRoadwayExcavationwithLargeSection

YUANWenfeng1,SONGJie2

(1.ShanxiCoalTransportationandMarketingGroupChangzhiLtd.,Changzhi046000,China;2.WangzhuangCoalCo.,Ltd.,Changzhi046000,China)

According to current problems in mining, old tunnel-boring machines, EBZ200, in Wangzhuang mine were renovated to accelerate excavation of large-sectional roadways, improve roadway formation quality, and ensure the safety of tunneling construction. A new tunnel-anchoring-exploring machine was assembled with anchor drilling rig and water exploration rig based on the original EBZ200. The new machine has been successfully used in roadway excavation and has achieved remarkable economical and technological benefits.

tunnel-anchoring-exploring machine;excavation;support

1672-5050(2017)01-0066-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.02.020

2016-05-09

袁文豐(1982-)，男，湖北荊州人，碩士，工程師，從事煤礦技術管理工作。

TD421

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(編輯： 薄小玲)