掘錨一體機(jī)快速掘進(jìn)技術(shù)研究

張少鵬

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)燕子山礦， 山西 大同 037003）

引言

在煤礦開采巷道掘進(jìn)過(guò)程中常常出現(xiàn)采掘失調(diào)的問(wèn)題。傳統(tǒng)開采設(shè)備主要采用懸臂式綜掘機(jī)，通過(guò)將掘進(jìn)機(jī)與錨桿鉆機(jī)相匹配來(lái)進(jìn)行。在工作過(guò)程中，掘進(jìn)和支護(hù)相互協(xié)調(diào)進(jìn)行，出現(xiàn)的問(wèn)題是鉆孔效果不理想，工人的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)比較大，操作工程任務(wù)煩瑣，且作業(yè)過(guò)程中成本比較高，大大阻礙了在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)巷道的掘進(jìn)?；诖?，針對(duì)掘錨一體機(jī)快速掘進(jìn)技術(shù)展開研究。

1 2212 巷概況

燕子山礦C3 號(hào)層302 盤區(qū)2212 巷煤厚5.5～6.7 m，平均6.1 m；巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度2 540 m，巷道斷面寬×高=5.2 m×3.5 m，采用EJM2×170 六臂掘錨一體機(jī)掘進(jìn)。巷道埋深400～420 m，上覆為4 號(hào)層采空區(qū)（2018 年10 月回采結(jié)束），層間距20～25 m。偽頂厚0.8 m，直接頂厚6.45 m，老頂厚28.57 m，偽頂質(zhì)地為碳質(zhì)泥巖，直接頂質(zhì)地為泥巖、高嶺巖，老頂質(zhì)地為粉砂巖、高嶺巖[1]。整個(gè)巷道通過(guò)錨網(wǎng)索進(jìn)行支護(hù)，頂部采用錨桿的數(shù)據(jù)為Φ20 mm×2 400 mm，每排6 個(gè)進(jìn)行布置，且間排距為1 000 mm、1 000 mm，在幫部使用錨桿的數(shù)據(jù)為Φ18 mm×1 700 mm，每排3 個(gè)進(jìn)行布置，且間排距為1 000 mm、1 000 mm，2212 巷道支護(hù)斷面圖，如圖1 所示。

圖1 2212 巷道支護(hù)斷面圖（單位：mm）

2 EJM2×170 機(jī)組及主要特點(diǎn)

2.1 EJM2×170 機(jī)組

EJM2×170 掘錨機(jī)主要包括防塵系統(tǒng)、鏟裝系統(tǒng)、電器系統(tǒng)、截割系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等，如圖2 所示。

圖2 EJM2×170 掘錨一體機(jī)整機(jī)圖

EJM2×170 掘錨機(jī)的詳細(xì)數(shù)據(jù)為：機(jī)體總質(zhì)量為85 t，機(jī)身總長(zhǎng)為12.09 m，截割深度為3.3 m 左右，依據(jù)巷道的相關(guān)設(shè)計(jì)可以相應(yīng)地設(shè)置截割的參數(shù)。掘錨機(jī)的工作功率為650 kW，如表1 所示為掘錨機(jī)的相關(guān)參數(shù)。

表1 EJM2X170 相關(guān)參數(shù)

2.2 主要特點(diǎn)

2.2.1 割煤快，成型好

掘錨一體機(jī)中滾筒形狀與過(guò)去有所改進(jìn)，采用圓柱形的滾筒，在一體機(jī)中共采用兩個(gè)伸縮滾筒和三個(gè)截割滾筒，通過(guò)對(duì)巷道掘進(jìn)的實(shí)際情況來(lái)設(shè)定具體的滾筒寬度。在進(jìn)行掘進(jìn)的過(guò)程中，采用全斷面截割的方式，能夠明顯提高工作效率，且掘進(jìn)后的巷道成型好。如表2 所示，為截割部位的參數(shù)。

2.2.2 支護(hù)快，質(zhì)量高

錨桿機(jī)部是由側(cè)幫錨桿機(jī)、頂板錨桿機(jī)、操作平臺(tái)架構(gòu)起來(lái)。其頂板錨桿機(jī)的位置處于鏟板的后方，其優(yōu)勢(shì)是在進(jìn)行橫向排列布置的過(guò)程中，能夠保證錨桿工作范圍最大化。且采用的液壓錨桿鉆機(jī)與之前的鉆機(jī)不同，傳遞動(dòng)力強(qiáng)，支護(hù)效果好，保證了掘進(jìn)和支護(hù)可以協(xié)調(diào)進(jìn)行工作，從而有效地增強(qiáng)掘進(jìn)速度。

2.2.3 空頂距小

鏟板部主要包括從動(dòng)輪裝置、側(cè)鏟板、護(hù)板、主鏟板等[2]。根據(jù)對(duì)巷道掘進(jìn)復(fù)雜的工作環(huán)境下，選擇犁式鏟板，這樣設(shè)計(jì)的目的是能夠大幅降低控頂距，進(jìn)一步增加了機(jī)組和頂板的匹配度。

3 影響快速掘進(jìn)的主要因素及調(diào)整措施

3.1 影響條件

3.1.1 地質(zhì)條件

對(duì)巷道進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，周邊的環(huán)境對(duì)一體機(jī)產(chǎn)生較大的影響，采用掘錨一體機(jī)時(shí)只能適用于巷道周邊地質(zhì)不復(fù)雜的情況下進(jìn)行。然而在實(shí)際操作時(shí)，掘錨一體機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中面對(duì)頂板裂開現(xiàn)象，且一體機(jī)首部和作業(yè)部位之間的位置較小，無(wú)法提前對(duì)頂板進(jìn)行預(yù)解決。另外，巷道遭遇到斷層等影響，產(chǎn)生大范圍的硬巖，應(yīng)該通過(guò)安置震動(dòng)炮的辦法去除大面積硬巖，從而能夠?qū)崿F(xiàn)快速掘進(jìn)的目的。

3.1.2 控頂距

在巷道掘進(jìn)的過(guò)程中，控頂距值大小直接對(duì)其工作效率產(chǎn)生影響，站在安全施工的角度看，應(yīng)該根據(jù)掘進(jìn)情況確定控頂距。當(dāng)控頂距設(shè)置的參數(shù)值不高時(shí)，例如采用“一掘一支”方式，則需要考慮到停掘的過(guò)程，在完成一個(gè)支護(hù)排距后需要停掘。能夠確保在安全工作的條件下，小幅度的提高控頂距，大大加速巷道掘進(jìn)。

3.1.3 探巷環(huán)節(jié)

在進(jìn)行煤礦巷道掘進(jìn)時(shí)，一貫采用的理念是“有疑必探，先探后掘”，通常來(lái)說(shuō)，探放水鉆孔超前距有一定的限制，其值不能低于30 m。由于在大同礦機(jī)中各區(qū)域的煤礦周圍環(huán)境不同，因此采用的探巷裝備也有所差別，投入技術(shù)多的探巷設(shè)備有效地探測(cè)距離長(zhǎng)，探巷的次數(shù)少，所以在巷道掘進(jìn)的過(guò)程中其受到的影響不大；然而，通常礦井使用的探巷鉆機(jī)只能在較短距離的范圍下進(jìn)行探巷，而且探巷次數(shù)較多，對(duì)巷道掘進(jìn)影響較大，延長(zhǎng)掘進(jìn)時(shí)間。

3.1.4 巷道支護(hù)

在掘進(jìn)環(huán)境下，巷道支護(hù)所耗費(fèi)的時(shí)間占一半以上，較長(zhǎng)的支護(hù)時(shí)間對(duì)巷道掘進(jìn)的影響比較大，不能夠短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行高效掘進(jìn)。為了能夠達(dá)到高效掘進(jìn)的目的，且在安全范圍內(nèi)，不斷的對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行修改，減少工作環(huán)節(jié)。

3.2 實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)的主要措施

1）采用頂板條件相對(duì)穩(wěn)定巷道。為了保證掘錨一體機(jī)在過(guò)程的過(guò)程中能夠有效地發(fā)揮巷道掘進(jìn)性能，應(yīng)該選擇頂板條件簡(jiǎn)單的巷道進(jìn)行，這樣能夠有效地減少巷道受力。

2）設(shè)置合理的控頂距。根據(jù)不同巷道掘進(jìn)的實(shí)際情況，確定相應(yīng)的控頂距，可以采用“兩掘一支”的方式進(jìn)行，從而避免停機(jī)次數(shù)的增加，有效提高掘進(jìn)速度。

3）采用先進(jìn)探巷技術(shù)。為了減小探掘交叉現(xiàn)象，采用先進(jìn)的探巷技術(shù)，這樣能夠有效縮短掘進(jìn)時(shí)間。

4）優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)。分析掘錨一體機(jī)在對(duì)煤巷道掘進(jìn)中支護(hù)時(shí)，有效地修改并調(diào)整支護(hù)參數(shù)，采用增加錨桿間距的方式，減少支護(hù)時(shí)間，進(jìn)一步提高掘進(jìn)速度[3]。

3.3 應(yīng)用情況

在具體應(yīng)用的過(guò)程中，對(duì)掘錨一體機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行修改，可以發(fā)現(xiàn)，同忻礦和燕子山礦巷道掘進(jìn)的整體情況都有所改善，從以下方面能夠說(shuō)明：

1）循環(huán)作業(yè)。采用掘錨一體機(jī)大大縮短了循環(huán)作業(yè)時(shí)長(zhǎng)，當(dāng)采用“兩掘一支”的方式時(shí)，各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)的時(shí)長(zhǎng)都有所減小，如表3 所示，其中割煤時(shí)間減小到15 min，支護(hù)時(shí)間減小到40 min，循環(huán)時(shí)間減小到55 min。

表3 5104 巷循環(huán)作業(yè)工序各項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)比

2）巷道成型。掘錨一體機(jī)對(duì)巷道掘進(jìn)的效果好，其特有的全斷而切割工作方式，與之前采用懸臂式的方式掘進(jìn)巷道相比，掘進(jìn)后巷道整體質(zhì)量好，且效果顯著。

3）單進(jìn)水平。燕子山礦使用掘錨一體機(jī)卻無(wú)法達(dá)到預(yù)期的性能，分析研究得出由于受到周邊地質(zhì)條件性地設(shè)置，才能夠?qū)崿F(xiàn)快速掘進(jìn)，能夠盡可能全面地發(fā)揮整機(jī)性能。