仝慧君

（山西煤炭进出口集团韩家洼煤业有限公司，山西 大同 037000）

1 西回风大巷概述

韩家洼煤矿现正掘进西回风大巷，西回风大巷布置在2号煤层中，巷道断面为矩形断面，毛断面为5.5 m×3.5 m（宽×高），净断面为5.3 m×3.4 m（宽×高），掘进断面面积为19.25 m2，采用锚杆（索）网联合支护，呈东西向布置，以262°8′6″的方位角沿2号煤顶板向西掘进370 m。巷道掘进采用综合机械化掘进，设备采用黑龙江佳木斯煤矿机械厂生产的EBZ-135型掘进机，其主要技术参数如表1所示。

表1 EBZ-135型掘进机主要技术参数表

近期，在巷道验收过程中出现了巷道成形不稳定的情况，总是出现巷道超挖、欠挖现象。经调查分析，是由于更换掘进机司机导致的，新培养的掘进机司机对业务不熟练，在刷帮时不能精准把握，从而出现超挖、欠挖现象。

2 巷道施工现状分析

巷道中线以矿地质测量部给定中线为准，中线采用激光指向仪进行确定。施工前，为确保中线位置准确无误，需要对中线核准后方可正常掘进。在掘进过程中，需要正副司机配合，反复测量中线与巷帮的距离。整个测量过程还需要反复启停掘进机，且需要操作人员进行登高作业，并反复抬进抬出高凳，费时费力，不仅降低了截割效率，还存在很大的安全隐患。此外，由于个别操作人员责任心不强，仅凭经验操作，常出现巷道成形差的施工质量问题。

3 可采取的解决方案

目前，煤矿井下巷道成形控制多通过人工测量巷帮与中线的距离确定，这种方式受人为因素影响很大，而且效率低、存在安全隐患。近年来，有专家对掘进设备截割成形控制系统的自动化和智能化进行了研究，比如，一些学者从悬臂式掘进机的运动学建模、轨迹规划以及自动截割控制等理论与技术方面入手研究，提出了提高掘进机智能化水平的诸多方案，还有学者在掘进机激光定位技术方面进行研究，以提高截割头位姿测量精度及稳定性[1]，但这些先进技术还在研究阶段，没有实现大规模的应用，而且投入费用大，见效慢。因此有专家针对“三软”煤层成形差问题，通过调整掘进机循环截割方式，将原“S”形循环截割变为“M”形循环截割[2]，这种方案可行但具有局限性，只适用于软煤层。因此，为了解决掘进巷道成形差的问题，专门研制了一种全断面成形装置，其具有结构简单、造价低廉、运行可靠等特点。几种方案的对比情况如下页表2所示。

表2 巷道成形方案对比分析表

4 全断面激光指向成形装置

全断面激光指向成形装置通过多组激光指向仪打在掘进工作面迎头，形成点阵轮廓，掘进机司机可以根据轮廓刷出巷帮，同时可根据打出的点定位锚杆索支护位置，成形装置随中线一起前移。

4.1 全断面激光指向成形装置结构

全断面激光指向成形装置由可调节U型框架、红外激光指向仪、锚杆（索）固定座、控制箱等组成。可调节U型框架又由横杆、竖杆及L型连接件组成。L型连接件通过锚杆（索）固定座与巷道顶板上的锚杆（索）进行固定，竖杆、横杆与L型连接件插接在一起，预留有一定的插接长度，调整好插接长度后，用定位螺栓进行固定。横杆与竖杆上设有安装位，用于安装红外激光指向仪，结构如图1所示。控制箱包括电源和控制元器件，采用直流3.7 V电源，S为电源开关，开关S1控制顶锚杆索激光指向仪，开关S2控制帮锚杆激光指向仪，其电气原理图如图2所示。

图1 全断面激光指向成形装置示意图

图2 全断面激光指向成形装置电气原理图

4.2 全断面激光指向成形装置工作原理

将全断面激光指向成形装置安装在距离掘进工作面迎头20 m处。按照掘进工作面断面调整好U形可调节框架固定尺寸，锁死定位螺栓，根据巷道顶帮锚杆索间排距安装红外激光指向仪。掘进作业时，打开红外激光指向仪，根据红外激光指向仪激光束打出的点阵轮廓进行掘进作业；支护顶板时，打开顶部的红外激光指向仪开关S1，利用激光束标定锚杆锚索的位置；支护两帮时，打开两帮的红外激光指向仪S2，利用激光束标定帮锚杆的位置。支护完一排后，在激光束的方向上用米尺量出下一排的距离，再继续支护下一排。激光束的有效指向距离为100 m，掘进到位后，移动全断面激光指向成形装置。

5 效果分析

全断面激光指向成形装置通过多组激光指向仪打在掘进工作面迎头，形成点阵轮廓来保证巷道成形水平，其具有结构简单、运行可靠、造价低廉、操作简单等特点，在工作面的掘进过程中取得了很好的应用效果，提高了工作效率，消除了存在的隐患，极具推广价值。