煤巷掘錨一體機(jī)化快速掘進(jìn)技術(shù)研究與應(yīng)用

梅光發(fā)

(山西三元煤業(yè)股份有限公司,山西 長(zhǎng)治 046013)

煤巷掘錨一體機(jī)化快速掘進(jìn)技術(shù)研究與應(yīng)用

梅光發(fā)

(山西三元煤業(yè)股份有限公司,山西 長(zhǎng)治 046013)

掘錨一體機(jī)就是將掘進(jìn)和支護(hù)結(jié)合起來,在一個(gè)機(jī)器上同時(shí)完成割煤和頂幫錨網(wǎng)支護(hù),具有掘錨平行作業(yè)、單個(gè)循環(huán)進(jìn)尺占用時(shí)間少等特點(diǎn)。從掘錨一體機(jī)切割方式,工藝流程分析,得出了該機(jī)在實(shí)踐應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn),為以后改進(jìn)技術(shù)提供借鑒。

煤巷；掘錨一體機(jī)化;快速掘進(jìn)技術(shù)

煤礦巷道掘進(jìn)速度是決定礦井采掘銜接是否緊張的關(guān)鍵。相對(duì)高速發(fā)展的采煤機(jī)械化,煤礦掘進(jìn)機(jī)械化的發(fā)展顯得相對(duì)緩慢。隨著回采速度的加快,目前廣泛使用的懸臂式綜掘機(jī)掘進(jìn)速度已難以滿足采掘銜接的需要,掘進(jìn)技術(shù)已開始向掘錨一體化方向發(fā)展。掘錨一體機(jī)就是將掘進(jìn)和支護(hù)結(jié)合起來,在一個(gè)機(jī)器上同時(shí)完成割煤和頂幫錨網(wǎng)支護(hù),以減少掘進(jìn)與支護(hù)的換位作業(yè)時(shí)間,具有掘錨平行作業(yè)、單個(gè)循環(huán)進(jìn)尺占用時(shí)間少等特點(diǎn)。但因掘錨一體機(jī)體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對(duì)巷道地質(zhì)條件適應(yīng)能力低等原因目前使用的范圍還比較小,急需大力推廣使用并不斷總結(jié)完善。

三元煤業(yè)自2015年3月在井下開始使用掘錨一體機(jī),已累計(jì)掘進(jìn)巷道4 182 m。掘進(jìn)速度較普通掘進(jìn)機(jī)快,在地質(zhì)狀況相同的情況下,一套掘錨機(jī)組相當(dāng)于兩套普通掘進(jìn)機(jī)組的掘進(jìn)效率,日均進(jìn)尺18 m,平均月進(jìn)尺540 m左右,提高了人員工效,實(shí)現(xiàn)了人少則安的高效安全管理模式。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)條件

施工巷道位于二疊系下統(tǒng)山西組下部的3號(hào)煤層,平均厚度7.13 m,黑色塊狀或粉末狀,硬度一般為0.9～1.0,有一定的韌性,參差狀斷口,內(nèi)生裂隙發(fā)育。該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單,煤層節(jié)理發(fā)育,煤層傾角1°～7°,近水平煤層,局部有小的褶曲構(gòu)造。

煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖,厚度5.94 m,老頂為中砂巖,厚度10.60 m,直接底為砂質(zhì)泥巖,厚度2.70 m。直接底為砂質(zhì)泥巖,厚度1.10 m。老底為泥巖,厚度5.10 m。巖石柱狀圖,見圖1。

圖1 巖石柱狀圖Fig.1 Histogram

1.2 巷道斷面及支護(hù)參數(shù)

頂錨桿錨固力確定為127 kN,預(yù)緊力矩為300 N·m。幫錨桿錨固力確定為127 kN,預(yù)緊力矩為300 N·m。錨索的錨固力為250 kN。頂板金屬網(wǎng):10號(hào)鐵絲編制礦用金屬經(jīng)緯網(wǎng),網(wǎng)孔特征尺寸50 mm×50 mm,網(wǎng)片規(guī)格5 600 mm×1 100 mm。兩幫金屬網(wǎng):10號(hào)鐵絲編制礦用金屬經(jīng)緯網(wǎng),網(wǎng)孔特征尺寸50 mm×50 mm,網(wǎng)片規(guī)格3 300 mm×1 000 mm。巷道斷面圖見圖2。

圖2 巷道斷面圖Fig.2 Cross-sectional map of roadway

2 掘錨一體機(jī)及其配套設(shè)備參數(shù)

掘錨一體機(jī)是集掘進(jìn)、支護(hù)、除塵于一體,高度集成化的巷道快速掘進(jìn)設(shè)備,主要由截割部、鏟板部、運(yùn)輸部、本體部、行走部、后支撐、掘錨機(jī)部、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、水系統(tǒng)及除塵系統(tǒng)組成。掘進(jìn)寬度為4.6 m～5.2 m,掘進(jìn)高度為3.2 m～4.0 m,爬坡能力±16°,總功率為650 kW,供電電壓1 140 V。使用截割滾筒進(jìn)行全斷面截割。配有多臺(tái)錨桿機(jī),可同時(shí)完成頂板、側(cè)幫的支護(hù)。EJM2×170/4-2掘錨機(jī)技術(shù)特征如表1所示。配套設(shè)備見巷道施工所需機(jī)具表如表2所示。

表1 EJM2×170/4-2掘錨機(jī)技術(shù)特怔

表2 掘錨機(jī)具配置表

3 掘錨一體化巷道掘進(jìn)施工工藝

3.1 掘錨一體機(jī)切割方式

掘進(jìn)割煤前,司機(jī)將掘錨一體機(jī)操作至前進(jìn)方位定位后,使截割頭升到設(shè)計(jì)高度,并將截割頭伸展至巷道設(shè)計(jì)寬度,啟動(dòng)截割滾筒切割迎頭煤體截深達(dá)到設(shè)計(jì)的循環(huán)進(jìn)度,由上向下切割煤體,采用4.6 m～5.2 m的滾筒進(jìn)刀及割煤來進(jìn)行巷道的掘進(jìn)。 當(dāng)割至煤層底板時(shí),向后退機(jī)割完底煤平整巷道底板并裝完余煤后,再次調(diào)整掘錨機(jī)進(jìn)行下一個(gè)循環(huán);掘錨機(jī)進(jìn)刀同時(shí),機(jī)載錨桿鉆機(jī)在臨時(shí)支護(hù)下進(jìn)行錨桿支護(hù)作業(yè),實(shí)現(xiàn)了掘、支護(hù)平行作業(yè);因掘錨機(jī)的截割滾筒寬度可在4.6 m～ 5.2 m之間調(diào)整,一刀就能截割夠巷道斷面,掘進(jìn)落煤僅需5 min。掘錨機(jī)上配有4臺(tái)頂鉆,其中2臺(tái)用于頂板支護(hù),另外2臺(tái)可利用鉆機(jī)液壓支柱作為臨時(shí)支護(hù),交替使用。

3.2 工藝流程

安全檢查(含敲幫問頂、有痕掘進(jìn)、檢查探水鉆孔)→掘錨機(jī)截割、出煤→截割頭落地截割進(jìn)入煤墻→鏟板落地、后支撐落地→閉鎖切割→將掘錨機(jī)“采煤/錨鉆”手柄打到錨鉆模式→敲幫問頂→聯(lián)接頂網(wǎng)→綁鋼筋梯子梁→臨時(shí)支護(hù)→鉆頂部錨桿孔→安裝樹脂藥卷、頂錨桿、緊固頂錨桿→鉆頂部錨索孔→安裝樹脂藥卷、錨索、漲拉錨索→鉆幫部錨桿孔→安裝樹脂藥卷、幫錨桿、緊固幫錨桿→鉆底部?jī)蓭湾^桿孔→安裝樹脂藥卷、幫錨桿、緊固幫錨桿。

4 掘錨一體化實(shí)踐應(yīng)用總結(jié)

4.1 相比懸臂式綜掘機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

在使用過程中,除了提高作業(yè)工效外,現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員更加安全。每次割完1架煤后,將錨網(wǎng)用兩臺(tái)頂鉆頂起形成臨時(shí)支護(hù),能保證人員在安全的環(huán)境下作業(yè)。截割和支護(hù)作業(yè)互鎖,遙控操作和更大的操作平臺(tái),改善了作業(yè)安全性,減少安全隱患,另外能夠保持現(xiàn)場(chǎng)文明生產(chǎn),裝配高壓水噴霧系統(tǒng)和濕式除塵系統(tǒng),有效抑制煤塵。相對(duì)于普通掘進(jìn)機(jī),掘錨機(jī)截割滾筒與1:1比例伸縮的犁式鏟板配合,完成物料收集,無(wú)邊角剩煤,減少割煤后還需人工清理迎頭積煤的工序。

另外掘出的巷道成型較好,可伸縮截割滾筒,伸縮量600 mm,適用于多種巷道截面,割出的煤墻齊整,片幫少,減少后續(xù)的掃幫和修補(bǔ)工序。再次,因掘錨機(jī)為新設(shè)備,第一次在三元煤業(yè)使用,操作上需要加強(qiáng)培訓(xùn),在使用前部分技術(shù)人員到廠家培訓(xùn)學(xué)習(xí)后下井操作,使職工逐漸了解其性能并熟練操作。每班配機(jī)組司機(jī)1人,副司機(jī)1人,鉆機(jī)操作人員2人,協(xié)助打鉆人員4人,聯(lián)網(wǎng)人員1人,底幫打鉆人員2人,皮帶司機(jī)1人,投工人員少。另外兩臺(tái)頂鉆打設(shè)錨桿、錨索,頂板支護(hù)完成后用改造后的幫鉆對(duì)巷幫進(jìn)行支護(hù),巷幫底部最后一根錨桿用風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)在機(jī)組后方進(jìn)行支護(hù)。

4.2 使用過程中發(fā)現(xiàn)的不足之處及改進(jìn)情況

1)在機(jī)組上增加探放水設(shè)備,解決獨(dú)立探水鉆機(jī)打設(shè)探水孔使用不便問題。

2)為便于操作,修改了頂鉆操作臺(tái)位置。

3)因原機(jī)組幫鉆滯后2 m多支護(hù),容易造成片幫,所以將原幫鉆拆除,重新了安裝液壓鉆機(jī)用于打設(shè)巷幫錨桿,另配套加設(shè)一組油泵,解決了片幫問題。

4)為提高降塵效果,在鏟板上部加裝了氣水兩相噴霧。

5)轉(zhuǎn)載皮帶較長(zhǎng),帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)載皮帶容易斷裂,機(jī)械強(qiáng)度要求較高,采取利用錨索在兩端進(jìn)行張拉的辦法,保證了轉(zhuǎn)載皮帶的安全運(yùn)行。

4.3 目前該機(jī)組在使用中存在問題

1)機(jī)組上新增加的探水鉆能力不足。2)機(jī)組部分部件檢修、更換較麻煩。3)部分配件為進(jìn)口,進(jìn)貨速度慢。4)掘進(jìn)巷道高度低于3.5 m時(shí),因空間較小不利于員工操作。5)機(jī)器無(wú)法打設(shè)底角錨桿。6)掘進(jìn)切眼施工較復(fù)雜。

5 結(jié)論

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐應(yīng)用,掘錨一體化是可行的。掘錨一體機(jī)不僅能提升巷道掘進(jìn)速度,還具有臨時(shí)支護(hù)可靠、勞動(dòng)強(qiáng)度小、巷道成型好、掘進(jìn)工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。盡管在施工中存在一些問題,但只要科學(xué)組織管理,多到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地解決問題,就一定會(huì)取得良好的安全、經(jīng)濟(jì)效益。由于掘錨一體化還沒有大范圍的推廣使用,生產(chǎn)廠家一定要重視煤礦在應(yīng)用過程中進(jìn)行的改進(jìn)和提出的問題,只有雙方共同努力、不斷改進(jìn),才能促進(jìn)掘錨一體化的發(fā)展和進(jìn)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

梅光發(fā)(1984-),男,陜西山陽(yáng)人,大學(xué)本科，工程師,從事煤礦的生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

TD263.2

A

(編輯:武曉平)