淺談掘錨機在煤礦快速掘進中技術應用

閆志勇++姜納穆

摘 要：針對布爾臺煤礦地質條件復雜，頂板壓力大，片幫嚴重等特點，通過科學選用掘錨機提高單進水平，以適應現代煤礦安全、快速、持續生產的要求。

關鍵詞：布爾臺煤礦；掘進；掘錨機

中圖分類號：TD421 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）20-0093-02

布爾臺煤礦是中國神華能源有限公司投資、神華神東煤炭集團建設的生產能力、主運輸系統提升能力、煤炭選洗加工能力世界第一的大型礦井，位于內蒙古自治區東勝煤田中部，井田面積193平方公里，可采儲量20億噸。井田內地質構造簡單，共有10層可采煤層。礦井設計生產能力2000萬噸/年，服務年限71.9年。

1 地質條件復雜

布爾臺礦井在板塊上位于鄂爾多斯臺坳北部，伊蒙隆起東部，東勝復式向斜的東翼。與鄂爾多斯盆地東北部的其他礦井相比，布爾臺礦煤層埋深較大，礦壓顯現強烈，頂、底板巖性均為砂質泥巖，頂板較破碎，底板泥化，地質構造較發育多為中小型斷層，建礦至今共發現107條斷層。這些斷層中，切割2-2煤的有68條，4-2上煤的39條，其中大于3m的斷層有20條，小于3m的斷層有87條。除地質構造之外，2-2煤層整體賦存條件較差，夾矸分布范圍較廣，厚度較大，極大的影響了掘進單進水平。

2 提高單進水平的重要意義

當前，由于煤炭市場供大于求已成定局，需求增長長期疲軟的形勢決定了煤炭行業必須走內涵式增長道路，才能求生存、謀發展。努力提高單進水平不僅是走內涵式增長道路的必然要求，對布爾臺煤礦而言，也是解決當前存在的，因采掘關系失衡而帶來的安全隱患和增產瓶頸的極為重要的手段。

由于產量連續幾年快速增長，使布爾臺煤礦采掘比例嚴重失衡，給安全生產帶來較大隱患。主要表現：一是同一盤區上下工作面回采距離過近，造成接續面礦壓顯現劇烈。炸幫、底鼓、頂板下沉，增加了巷道支護強度和密度，直接影響了掘進效率；二是由于地質條件復雜，支護量大，進度緩慢，掘進速度趕不上回采速度。因此，只有切實提高單進水平才是解決上述問題的唯一途徑。

3 掘錨機的組成及特點

近年來，隨著在煤炭開采過程中連采機的大量使用，雖然掘進速度加快，但支護速度遠遠跟不上，這成為制約中國地下煤炭巷道開拓效率的瓶徑，導致采掘嚴重失調。目前，國產的連采機只具備單一的掘進功能，錨桿安裝全部使用手持式單體錨桿機完成，效率低、勞動強度大，安全隱患大，錨護與掘進是各自獨立的作業工序，無疑為支護作業帶來諸多安全隱患。掘錨機是在連采機的基礎上發展起來的掘錨一體化設備，真正實現了截割、裝載、運輸和錨護同步進行，全斷面截割，一次成巷，從而顯著提升掘進效率，確保操作人員的安全。掘錨機設有臨時支護、護幫板和錨桿司機防護頂棚。臨時支護設置于截割滾筒后，確保操作人員的安全和設備的穩定性；操作平臺采用優化設計，配備PLC控制系統，通過遙控操作，自動控制水平位置和巷道的截割高度，掏槽與截割過程實現全自動控制；截割滾筒設計為低轉速截割，并裝配高壓水噴霧系統和濕式除塵系統，有效抑制煤塵、稀釋瓦斯。此外，錨桿機集成于掘錨機上，機載四臺頂錨桿機和兩臺幫錨桿機，便于錨桿支護作業，使空頂距最小達到2.8米。

掘錨機的行走系統、截割系統、裝載運輸系統、鉆錨系統和除塵系統高度集成，操作簡便，僅需要1名遙控操作司機和2名錨桿機司機就可以進行掘進。掘錨機的工作過程可以分為掘進和錨護兩部分，兩項工作可并行作業。

4 掘進截割工藝

掘錨機就位后，司機操作遙控器將設備從行走模式轉為錨桿模式，放下后穩定器，掘錨機就可以進行巷道的支護和截割同時作業，掘錨機截割時，首先通過伸縮截割頭將截割頭調整至巷道頂板，然后切入實體煤壁（切入深度1.0m），從上而下截割。當割到煤層底板時，收截割頭，截割底煤，使巷道底板平整，裝完余煤掘錨機前進1m，支護后再次將截割頭調整至巷道頂板，進行下一個循環。掘錨機完成從頂板至底板再到頂板，這一過程就稱一個截割循環（見圖1）。

5 支護工藝

錨桿支護作業順序為：定位、鉆眼、安裝、緊固。

（1）定位。掘錨機完成一個截割循環后，將掘錨機臨時支撐降下，掘錨機向前移動1米，兩側支護工站在支護完好的頂棚下用專用工具將頂網片送到臨時支撐上，調整好網片放置位置，然后將臨時支撐大駕撐起頂住網片，用鉆桿開始定位。（2）鉆眼。在鉆箱上裝好鉆桿，操縱鉆機旋轉閥和給進閥，使鉆頭剛好頂在打眼的位置上，然后輕輕動作給進閥桿，使鉆頭能頂到頂板，稍微給進，鉆出小窩。接著操作快速給進閥，均勻給進，然后反向給進，同時繼續保持鉆桿旋轉，將鉆桿退出。（3）安裝錨桿。支護工先將鉆好的鉆孔內裝入一根樹脂藥卷，用安裝托盤的錨桿將樹脂頂入鉆孔內，錨桿支護工用專用攪拌器安在鉆箱上，并將錨桿的尾部套在攪拌器上，鉆箱一邊攪拌一邊推進。（4）緊固錨桿。待樹脂凝固后，旋轉鉆箱緊固錨桿（注意不能給進），使其扭矩滿足要求（必要時進行二次緊固），下移鉆箱與鉆架臨時支撐，調整鉆架位置。

6 科學選用

由于布爾臺礦地壓較大，地質條件極為惡劣，為了生產安全和提升生產效率，我們長期跟蹤和測試了多種類型的掘進設備和掘進工藝，經過多年的掘進生產實踐對比，我們選擇了地質條件相似的連采隊和掘錨隊，依據2016年度的生產統計數據做如下對比：通過圖2和圖3的對比發現，在地質條件相近的條件下，掘錨隊在1—7月份進尺較連采隊高，在1、3月份掘錨隊進尺超過連采隊近150米，而在8—12月份月進尺較連采隊低，最大幅度為120米；在3、5、6、8、12月份的進尺比較相近；全年掘錨隊進尺為7456米，連采隊進尺7236米，掘錨隊全年總進尺比連采隊高3%。

通過圖4和圖5的對比發現，在地質條件相近的條件下，全年掘錨機有7個月的耗材低于連采隊，5個月的耗材高于連采隊；掘錨機年度總耗材為152.03萬元，連采隊年度總耗材為294.12萬元，掘錨機年度總耗材低于連采隊27.69%；從全年單位進尺零件消耗來看，掘錨機也比連采隊低24.26%。如果加上進口零件價格較高的因素，掘錨機的零件消耗會更低，維護工時更少。

很顯然，僅從生產進尺和設備維護成本來看，掘錨隊明顯優于連采隊。而且掘錨機的最大的優點就是空頂距離僅為2.8米，安全性高，同時掘進與錨護同步作業，完全杜絕了冒頂、片幫等危險因素，可實現全斷面截割，一次成巷，不僅安全，而且顯著提高了開拓效率。而連采機按照現有的掘進工藝：連采機掘進6米之后，就得退出巷外，錨桿機再進去支護錨桿作業，由于錨桿機是空頂作業，危險性極大。

從人力成本上看，連采隊掘進生產單班需要7人；而掘錨機掘進生產單班需要6人；掘錨機自動化程度高，落煤少，礦工的勞動強度低，相反連采機掘進生產時巷道成型難度大，落煤多，礦工的勞動強度高；更重要的是掘錨機將掘進和支護設備合二為一，簡化了供電和設備的管理，縮小了掘進生產的活動場地，為安全生產提供了更優的條件。

掘錨機雖然能夠實現掘進與錨護同步作業，但是不能實現頂、幫同時支護。如果加大頂錨桿機與幫錨桿機之間的距離或者在機身后兩側再加兩臺錨桿機，實現頂錨、幫錨的同步支護，就能消除掘、支時間差距，從而提高掘進效率。

7 結語

據上所述，從生產安全、掘進效率和成本管理上綜合分析，布爾臺煤礦掘進生產選用掘錨機較選用其他掘進設備更為安全、高效。預期可在3年內轉變采掘接續緊張問題，同時，現役的6支掘進隊伍減少至4支也能滿足生產需求，結合現有配套設備，通過精益管理方法合理安排生產組織、技能培訓等方面的工作，達到“人—機—環—管”和諧統一，從而保障采、掘平衡，實現礦井可持續發展。

參考文獻

[1]《布爾臺礦煤田勘探報告》附表四.

[2]《煤礦安全規程》專家解讀井工部分——中國礦業大學出版社發.

[3]《布爾臺礦煤生產統計報表》.endprint