梅光发

(山西三元煤业股份有限公司,山西 长治 046013)

煤巷掘锚一体机化快速掘进技术研究与应用

梅光发

(山西三元煤业股份有限公司,山西 长治 046013)

掘锚一体机就是将掘进和支护结合起来,在一个机器上同时完成割煤和顶帮锚网支护,具有掘锚平行作业、单个循环进尺占用时间少等特点。从掘锚一体机切割方式,工艺流程分析,得出了该机在实践应用中的优缺点,为以后改进技术提供借鉴。

煤巷；掘锚一体机化;快速掘进技术

煤矿巷道掘进速度是决定矿井采掘衔接是否紧张的关键。相对高速发展的采煤机械化,煤矿掘进机械化的发展显得相对缓慢。随着回采速度的加快,目前广泛使用的悬臂式综掘机掘进速度已难以满足采掘衔接的需要,掘进技术已开始向掘锚一体化方向发展。掘锚一体机就是将掘进和支护结合起来,在一个机器上同时完成割煤和顶帮锚网支护,以减少掘进与支护的换位作业时间,具有掘锚平行作业、单个循环进尺占用时间少等特点。但因掘锚一体机体积大、结构复杂、对巷道地质条件适应能力低等原因目前使用的范围还比较小,急需大力推广使用并不断总结完善。

三元煤业自2015年3月在井下开始使用掘锚一体机,已累计掘进巷道4 182 m。掘进速度较普通掘进机快,在地质状况相同的情况下,一套掘锚机组相当于两套普通掘进机组的掘进效率,日均进尺18 m,平均月进尺540 m左右,提高了人员工效,实现了人少则安的高效安全管理模式。

1 工程概况

1.1 地质条件

施工巷道位于二叠系下统山西组下部的3号煤层,平均厚度7.13 m,黑色块状或粉末状,硬度一般为0.9～1.0,有一定的韧性,参差状断口,内生裂隙发育。该区域地质构造简单,煤层节理发育,煤层倾角1°～7°,近水平煤层,局部有小的褶曲构造。

煤层直接顶为砂质泥岩,厚度5.94 m,老顶为中砂岩,厚度10.60 m,直接底为砂质泥岩,厚度2.70 m。直接底为砂质泥岩,厚度1.10 m。老底为泥岩,厚度5.10 m。岩石柱状图,见图1。

图1 岩石柱状图Fig.1 Histogram

1.2 巷道断面及支护参数

顶锚杆锚固力确定为127 kN,预紧力矩为300 N·m。帮锚杆锚固力确定为127 kN,预紧力矩为300 N·m。锚索的锚固力为250 kN。顶板金属网:10号铁丝编制矿用金属经纬网,网孔特征尺寸50 mm×50 mm,网片规格5 600 mm×1 100 mm。两帮金属网:10号铁丝编制矿用金属经纬网,网孔特征尺寸50 mm×50 mm,网片规格3 300 mm×1 000 mm。巷道断面图见图2。

图2 巷道断面图Fig.2 Cross-sectional map of roadway

2 掘锚一体机及其配套设备参数

掘锚一体机是集掘进、支护、除尘于一体,高度集成化的巷道快速掘进设备,主要由截割部、铲板部、运输部、本体部、行走部、后支撑、掘锚机部、电气系统、液压系统、润滑系统、水系统及除尘系统组成。掘进宽度为4.6 m～5.2 m,掘进高度为3.2 m～4.0 m,爬坡能力±16°,总功率为650 kW,供电电压1 140 V。使用截割滚筒进行全断面截割。配有多台锚杆机,可同时完成顶板、侧帮的支护。EJM2×170/4-2掘锚机技术特征如表1所示。配套设备见巷道施工所需机具表如表2所示。

表1 EJM2×170/4-2掘锚机技术特怔

表2 掘锚机具配置表

3 掘锚一体化巷道掘进施工工艺

3.1 掘锚一体机切割方式

掘进割煤前,司机将掘锚一体机操作至前进方位定位后,使截割头升到设计高度,并将截割头伸展至巷道设计宽度,启动截割滚筒切割迎头煤体截深达到设计的循环进度,由上向下切割煤体,采用4.6 m～5.2 m的滚筒进刀及割煤来进行巷道的掘进。 当割至煤层底板时,向后退机割完底煤平整巷道底板并装完余煤后,再次调整掘锚机进行下一个循环;掘锚机进刀同时,机载锚杆钻机在临时支护下进行锚杆支护作业,实现了掘、支护平行作业;因掘锚机的截割滚筒宽度可在4.6 m～ 5.2 m之间调整,一刀就能截割够巷道断面,掘进落煤仅需5 min。掘锚机上配有4台顶钻,其中2台用于顶板支护,另外2台可利用钻机液压支柱作为临时支护,交替使用。

3.2 工艺流程

安全检查(含敲帮问顶、有痕掘进、检查探水钻孔)→掘锚机截割、出煤→截割头落地截割进入煤墙→铲板落地、后支撑落地→闭锁切割→将掘锚机“采煤/锚钻”手柄打到锚钻模式→敲帮问顶→联接顶网→绑钢筋梯子梁→临时支护→钻顶部锚杆孔→安装树脂药卷、顶锚杆、紧固顶锚杆→钻顶部锚索孔→安装树脂药卷、锚索、涨拉锚索→钻帮部锚杆孔→安装树脂药卷、帮锚杆、紧固帮锚杆→钻底部两帮锚杆孔→安装树脂药卷、帮锚杆、紧固帮锚杆。

4 掘锚一体化实践应用总结

4.1 相比悬臂式综掘机的优点

在使用过程中,除了提高作业工效外,现场作业人员更加安全。每次割完1架煤后,将锚网用两台顶钻顶起形成临时支护,能保证人员在安全的环境下作业。截割和支护作业互锁,遥控操作和更大的操作平台,改善了作业安全性,减少安全隐患,另外能够保持现场文明生产,装配高压水喷雾系统和湿式除尘系统,有效抑制煤尘。相对于普通掘进机,掘锚机截割滚筒与1:1比例伸缩的犁式铲板配合,完成物料收集,无边角剩煤,减少割煤后还需人工清理迎头积煤的工序。

另外掘出的巷道成型较好,可伸缩截割滚筒,伸缩量600 mm,适用于多种巷道截面,割出的煤墙齐整,片帮少,减少后续的扫帮和修补工序。再次,因掘锚机为新设备,第一次在三元煤业使用,操作上需要加强培训,在使用前部分技术人员到厂家培训学习后下井操作,使职工逐渐了解其性能并熟练操作。每班配机组司机1人,副司机1人,钻机操作人员2人,协助打钻人员4人,联网人员1人,底帮打钻人员2人,皮带司机1人,投工人员少。另外两台顶钻打设锚杆、锚索,顶板支护完成后用改造后的帮钻对巷帮进行支护,巷帮底部最后一根锚杆用风动钻机在机组后方进行支护。

4.2 使用过程中发现的不足之处及改进情况

1)在机组上增加探放水设备,解决独立探水钻机打设探水孔使用不便问题。

2)为便于操作,修改了顶钻操作台位置。

3)因原机组帮钻滞后2 m多支护,容易造成片帮,所以将原帮钻拆除,重新了安装液压钻机用于打设巷帮锚杆,另配套加设一组油泵,解决了片帮问题。

4)为提高降尘效果,在铲板上部加装了气水两相喷雾。

5)转载皮带较长,带负荷运行时,转载皮带容易断裂,机械强度要求较高,采取利用锚索在两端进行张拉的办法,保证了转载皮带的安全运行。

4.3 目前该机组在使用中存在问题

1)机组上新增加的探水钻能力不足。2)机组部分部件检修、更换较麻烦。3)部分配件为进口,进货速度慢。4)掘进巷道高度低于3.5 m时,因空间较小不利于员工操作。5)机器无法打设底角锚杆。6)掘进切眼施工较复杂。

5 结论

通过现场实践应用,掘锚一体化是可行的。掘锚一体机不仅能提升巷道掘进速度,还具有临时支护可靠、劳动强度小、巷道成型好、掘进工艺简单等优点。尽管在施工中存在一些问题,但只要科学组织管理,多到现场实地解决问题,就一定会取得良好的安全、经济效益。由于掘锚一体化还没有大范围的推广使用,生产厂家一定要重视煤矿在应用过程中进行的改进和提出的问题,只有双方共同努力、不断改进,才能促进掘锚一体化的发展和进步。

ResearchandApplicationofRapidDrivingTechnologywithTunneling-anchoringMachineinCoalRoadways

MEIGuangfa

(SanyuanCoalIndustryCo.,Ltd.,Changzhi046013,China)

Tunneling-anchoring machine integrates tunneling with supporting. Cutting and anchoring-net supporting for top and side coal are realized by one machine at the same time, which has features such as parallel operation of tunneling-anchoring and less operation time of a single cycle. The analysis of cutting and processing of the integrated machine achieves its advantages and disadvantages in practice which could provide references for the future technology renovation.

coal roadway；tunneling-anchoring machine；rapid driving technology

1672-5050(2017)01-0063-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.02.019

2016-08-10

梅光发(1984-),男,陕西山阳人,大学本科，工程师,从事煤矿的生产技术管理工作。

TD263.2

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(编辑:武晓平)