李军军

（晋能控股集团大西煤矿，山西 阳城 048105）

引言

目前，在采煤系统设备的大力支撑下工作面回采速度和效率得到显著提升，但是我国掘进设备发展相对滞后，导致无法实现采煤和掘进的顺利衔接[1]。以大西煤矿为例，当前工作面采用6台风钻进行打眼操作，采用耙斗式耙装机进行装岩操作，所采用的运输设备为1.5 t的标准矿车，在实际应用中存在施工效率低、进度慢的问题。因此，为提升工作面的掘进效率，需对当前的掘进设备进行重新配置，并对其对应掘进工艺进行优化设计。

1 工作面掘进设备的优化

1.1 煤矿掘进装备现状分析

1）当前掘进装备的局限性表现在生产的状态为施工进度慢。虽然当前我国掘进工作面的设备种类较多，但各个设备的性能较差，存在自动化水平较低、设备维修率高、维系周期长以及设备成本过大等问题。

2）与掘进机相配套的设备主要以锚杆钻机为主。目前，掘进工作面所配置的锚杆钻机为单体型，其劳动效率低下。具体表现为：当掘进工作面岩层特性较好时，可通过增加空顶距的措施消除单体锚杆支护效率低下的问题；当掘进工作面顶板或两帮条件不好时，为保证实际施工过程中的安全性，需缩短空顶距，从而进一步加剧了单体锚杆支护效率低的问题[2]。

总的来讲，目前以手持式风动凿岩机、耙式装载机以及小矿车为主的掘进装备存在掘进效率低下，作业人员劳动强度大、循环时间增加且各个工序之间配合复杂困难的问题，无法从真正意义上实现掘进与采煤的无缝、高效衔接。

1.2 掘进设备的优化

1.2.1 打眼工序设备的优化

本工程采用CMJ系列的液压钻车取代手持式风动凿岩机，具体打眼的设备型号为CMJ2-27。该装备具有结构紧凑、功能丰富、效率高的优势。通过模块设计的理念具有方便拆卸、装配的优势。可对六个自由度方向的岩层进行打眼操作且具有补偿定位的功能，所选型CMJ2-27的具体参数如表1所示。

表1 CMJ 2-27液压钻车的技术参数

1.2.2 装岩工序设备的优化

结合大西煤矿所掘进倾斜工作面的走向长度、倾斜角以及断面实际大小，采用LWLX-180履带挖掘装载机（其主要技术参数见表2）取代原耙式装载机。所选型的履带挖掘装载机可对倾斜角度≤25°的工作面上的岩石进行装载。所选型的履带挖掘装载机在先导阀的控制下系统的冲击力较小；具有独立的风冷装置可对油温进行高效降温；此外，该装载机具有拔取范围广、清理效率高的优势，大大减小了作业人员的劳动强度[3]。

表2 LWLX-180履带挖掘装载机主要技术参数

1.2.3 运输工序设备的优化

为解决小矿车运输设备效率低、能力差的问题，本工程选用80QZ50桥架装载机对工作面的岩石进行运输。80QZ50桥架装载机具有系统轻巧、运输能力大、安装拆卸方便等优势，而且该桥架装载机可实现自动化控制。80QZ50桥架装载机的主要技术参数如下页表3所示。

3 掘进工艺的优化研究

通过上文中对掘进设备进行优化可知，采用CMJ2-27液压钻车完成工作面的打眼操作；采用LWLX-180履带挖掘装载机完成现场岩石的装载工作；采用80QZ50桥架装载机完成岩石的运输。本节将着重对打眼工艺、支护工艺和装岩运输工艺进行优化。

表3 80QZ50桥架装载机主要技术参数

3.1 掘进工艺的优化

3.1.1 打眼工艺的优化

打眼工艺的关键在于炮眼尺寸的确定和具体的爆破方案和起爆方式。结合所选型CMJ2-27液压钻车钻头的尺寸和钎杆的长度确定炮眼的深度：其中抛渣眼深度为3.1 m，其余炮眼深度为3 m。

为提升所钻炮眼的爆破效率，将炮眼平行集中布置，并将多个炮眼视为一束，多个炮眼所组成的爆破束的直径为炮眼直径的7倍左右。综合上述因素，将相邻爆破束的距离设定为400 mm。此外，为确保最终爆破效果全断面所有的爆破眼分两次进行爆破[4]，其中，第一次爆破的目标为掏槽眼、下部的二圈眼周边眼和底眼；第二次爆破的目标为起爆辅助眼、上部的一圈眼、二圈眼和周边眼。

3.1.2 支护工艺的优化

为保证掘进工作面的安全性，采用临时支护和永久支护手段对工作面进行支护设计。其中，临时支护可采用吊环或前探梁实现对顶板围岩进行控制。所采用前探梁的直径为76 mm，材质为金属钢管，要求钢管的长度不小于3.4 m，钢管壁的厚度大于4 mm；所采用吊环是直径为18 mm的圆钢加工而成，其对应螺母的高度大于40 mm。

所谓永久支护指的是采用锚杆支护方式对顶板或两帮的围岩进行控制。所采用锚杆的直径为20 mm，锚杆长度为2 000 mm，不同的是对于不同稳定性的围岩所确定锚杆的间距不同，具体描述如下：

1）当工作面顶板围岩相对完整时，锚杆的间距为1 000 mm，排间距为1 000 mm，要求锚杆的预紧力不小于150 N·m；

2）当工作面顶板围岩稳定性相对较差时，对应锚杆的间距为800 mm，排间距为800 mm；除此之外，还需在锚杆支护的基础上采用直径为17.6 mm的锚索进行强化支护，锚索的间距为1 500 mm，排间距为2 000 mm。

3.2 掘进效果验证

1）工艺参数优化，工作面所配置炮眼的个数从110个减少为94个，每个炮眼的打眼所需时间明显降低；基于优化后的起爆顺序大大保证了爆破的安全可靠程度，而且每次爆破后所得岩石相对均匀，具有较好的爆破效果[5]。

2）从整体上分析可知，对掘进设备和工艺参数优化后每次循环工作面的推进速度可由1.8 m推进至3 m，而且，每次循环所需时间由12 h减少为11 h；爆破后矸石距离顶板由1.8 m降低为1.2 m。

4 结语

目前，煤矿实际掘进效率滞后，采煤效率低导致煤炭产出量受到制约。因此，需对掘进工作面涉及到的工艺和设备进行优化，具体通过采用可靠性、自动化的设备对原掘进装备进行优化；并对基于优化后掘进装备的打眼工艺、支护工艺进行最优化保证，最终保证掘进工作面的掘进效率。