CMM2-15型錨桿鉆車掘錨交叉綜掘工藝的應用

臧歡歡

0 引言

塔山礦是一個年產1 000萬噸的特大型礦井，盤區回采巷道的掘進跟不上綜采采區的回采速度，造成采掘不正常接替[1]，導致礦井設計年產量難以達到。為加快巷道快速掘進的步伐，緩解采掘失調的現狀[2]，達到較高的掘進速度和較好的支護效果，提出了掘進與錨桿錨索支護交叉作業技術。然而，絕大多數綜掘機寬度都在2.9 m以上，而塔山礦掘進工作面斷面寬度4.5～5.5 m、高度范圍2.6～4 m，再加上行人寬度及安全間隙，要求錨桿鉆車寬度應在1.3 m左右，大多數錨桿鉆車的寬度都大于2.0 m，難以與綜掘機配套進行掘錨交叉施工工藝。為此塔山礦組織相關單位研制了1.3米窄機身型CMM2-15型錨桿鉆車，從而實現了“交叉掘錨”的綜掘工藝。

1 掘錨交叉綜合機械化巷道快速掘進工藝

為解決制約快速掘進技術的關鍵問題，塔山礦采用了能和EBZ-260型掘進機配合使用的錨桿鉆車，主要用于煤巷支護作業，可實現頂幫同時支護[9]。具體工藝流程見圖1：首先，掘進機截割一個循環進度，此時鉆車在其后方10 m左右的靠幫停放，掘進機結束割煤裝煤就后退靠幫放置。然后，鉆車開進完成頂板和兩幫鉆孔和支護工序，完成兩個錨桿排距即1.8 m的支護進度。最后，鉆車收回各動作機構，退后方靠幫停放，掘進機再次啟動前行開始截割[10]，如此往復工作。

圖1 掘進工作面錨桿鉆車支護工藝示意

試驗錨桿鉆車是基于塔山礦實際生產情況及特殊掘進工藝的需要，因此具有明顯的實用性，其主要技術參數如表1所示：

表1 CMM2-15型全液壓錨桿鉆車主要技術參數

2 掘錨交叉快速掘進工藝現場試驗

2.1 試驗基本條件

CMM2-15窄型全液壓錨桿鉆車先后在塔山礦5214巷、2214巷以及2108巷得到了成功應用，本文重點研究了在2108掘進工作面的工業性試驗情況。

2108回采巷屬于1070水平一盤區，地面標高1 355.6 m～1 527.5 m，工作面標高 1 006 m～1 034 m，巷道走向長2 173.5 m，巷寬5.5 m，煤層結構復雜，塊狀及碎塊狀，平均厚度12.72 m，傾角3°～5°。老頂為灰白色中粒砂巖均厚4.32 m，直接頂為炭質泥巖、灰黑色炭質泥巖、砂質泥巖交替賦存，均厚13.96 m，直接底為灰黑色炭質泥巖、砂質泥巖，均厚3.05 m，老底以中粗砂巖為主，均厚14.36 m。瓦斯相對涌出量為1.66 m3/t，煤塵具有爆炸危險性。

巷道采用錨桿錨索配合錨網和鋼帶進行聯合支護，錨桿分為頂錨桿和幫錨桿兩類，打錨桿時使用1根1 m長鉆桿，1根1.5 m長鉆桿，Φ28鉆頭，間距900 mm、排距900 mm。兩幫最上一根錨桿距頂板400 mm，與巷道前進方向垂直并略向上傾斜10°，最下一根錨桿向下傾斜10°。2108巷錨桿排間距為900 mm×900 mm，在此范圍內必須有臨時支護頂板，不得空頂作業。

2.2 掘錨交叉快速掘進工藝井下作業

2.2.1 掘進機作業并退后

掘進機落煤、裝運并清理浮煤，掘進機退后。

圖2 掘進機作業和退后

2.2.2 鉆車臨時支護

錨桿鉆車前行到掘進工作面迎頭處，利用左右工作平臺向變位將W鋼帶和錨網放置在鉆車超前臨時支撐機構上，隨后用操作手柄控制二級油缸將其托舉頂住頂板。

圖3 鉆車臨時支護

2.2.3 錨桿支護

通過工作臺的靈活升降左右伸展，鉆車兩鉆臂先對頂錨桿孔定位鉆進及支護，后調整平臺高度，鉆臂靈活換位，完成兩幫及底錨桿的鉆孔及支護工序。

圖4 頂幫鉆孔

圖5 支護完成

2.2.4 支護完成進行錨固質量檢測

如圖5，完成上述作業后，對鉆臂、超前支撐機構、工作平臺進行歸位，鉆車前行開始第二排的錨桿支護。兩排支護完成后鉆車機構歸位，退后15 m靠幫停放，做錨固質量檢測，掘進機等相關采掘機械開始下一循環的割煤掘進作業。

3 巷道礦壓觀測

通過巷道礦壓監測，對錨桿受力和巷道圍巖位移進行測試，從而較準確地了解在采用錨桿鉆車進行錨桿支護后的工作狀態。根據圍巖變形特征，對錨桿鉆車鉆臂的扭矩進行及時調整，從而促使巷道趨于穩定的安全狀態。

3.1 試驗巷道圍巖位移

采用“十字交叉法”觀測同一斷面上巷道兩幫相對移近量及頂底板相對移近量。2108掘進巷道共布置4個測站。第一測站布置在距掘進面10 m處（已掘巷道），隨著巷道不斷的向前推進，每隔15 m布置一處測站，分別對其編號。

從建站開始，連續對各測點進行了90天的監測。各測站處巷道頂底板和兩幫移近量測試結果如下：

圖6 各測站巷道頂底板與兩幫移近量

由圖6可以看出，在90天的觀測期內，采用錨桿鉆車進行錨桿錨索永久支護后，巷道頂底板最大移近量出現在4#測站點，為161.3 mm；兩幫最大移近量出現在1#測站點，為172.4 mm。巷道開挖支護后60天左右圍巖變形趨于穩定，圍巖總體收斂量不大，后期的日收斂速率兩幫平均為0.09 mm/d，頂底板平均為0.08 mm/d，說明巷道收斂已趨于穩定，錨桿鉆車支護的安全性與穩定性得到保證。

3.2 試驗巷道錨桿受力監測

錨桿受力采用錨桿用YZS-200型錨桿測力計測量，其量程為200 kN，精度為±1%，內徑、外徑分別為28 mm、125 mm。將其安設在相應的測站附近，觀測頻率同表面位移觀測。幫錨桿、頂板錨桿和頂板錨索分別安置錨桿液壓枕來監測錨桿、錨索受力狀況，共安設六套，錨桿軸向力大小與時間關系如圖7所示。

圖7 錨桿（索）受力隨時間變化

從圖7可以看出，錨桿受力最大206 kN，在掘進工作面后方30 m左右范圍內增加最快，然后緩慢增加；錨索受力最大為305 kN，與錨桿類似，均在安全范圍之內。錨桿受力只代表巷道表面錨桿支護的托錨力，隨著時間的延長，錨桿托錨力逐漸增加，但速率較小，為0.4 kN/d。從錨桿受力來看，托錨力的大小與圍巖變形并不十分一致，表明巷道變形穩定后有蠕變傾向。

4 掘錨交叉作業與傳統綜掘作業效果對比

表2是兩種作業線的標準工序工時，可以看到掘錨交叉作業掘進支護1.8 m也就是兩個錨桿排距僅用時110 min，傳統綜掘作業掘進0.9 m就耗時達120 min。

表2 傳統綜掘作業和掘錨交叉作業工序工時標準

表3 傳統綜掘作業和掘錨交叉作業對比表

表3是兩種作業線主要指標的對比結果，通過錨桿鉆車掘錨交叉工藝的現場試驗，與傳統綜掘作業相比，主要有以下優越性：

（1）減員增效

原掘進隊支護人員單日需18人，現僅需12人，少用6人，減員33%，原掘進工效為0.21 m/工，新型掘進隊的掘進工效為0.31 m/工，提高0.10 m/工。

（2）提高掘進效率

錨桿鉆車在2108巷試用期間，比傳統支護節省40分鐘，完成進尺472 m，與5208巷平均進尺362 m相比，提高效率41%。

（3）減輕勞動強度

單臂錨桿機工人來回抬鉆勞動負荷極大，同時頂部的鋼梁固定、金屬網鋪設及錨桿的預緊都大大增加了勞動強度。錨桿鉆車在使用中不用抬鉆，鋼帶固定、金屬網鋪設都由鉆車的前探支護完成，錨桿預緊也不需專人緊固，極大地減輕了工人的勞動強度。

（4）改善作業環境

新型掘錨交叉工藝改善了工人的作業環境增大了作業空間，以前的打支護是人站在機組上作業，空間狹小，工人的衣物容易被淋濕。使用錨桿鉆車，掘進機后退鉆車再進工作面，作業空間大。錨桿鉆車操作人員站在鉆車平臺上操作，遠離馬達，避免了衣物淋濕。

（5）提高開機率

利用錨桿鉆車支護掘進機退后，可以保證機組檢修時間，掘進機完成兩個支護排距采停機退后，大大提高了開機率。

5 結論

本文主要研究了錨桿鉆車掘錨交叉工藝及其工業性試驗，相對于傳統綜掘作業方式，支護頂板預緊力得到了保證，錨固力大為提高，支護效果明顯，降低了勞動強度，提高了開機率，在安全、效率、作業環境等方面都有很多優點。

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