基于掘錨一體機的巷道快速掘進技術

李耀暉 李青安 解小春

掘錨一體機代表著巷道掘進設備的最高技術水平，引領著煤巷快速掘進技術的發展方向[1]。同煤集團金莊煤業公司采用掘錨一體化技術，引進了MB670型掘錨機及其配套設備，并進行了現場工業性試驗，取得了較好的技術和經濟效益。

1 掘錨一體機簡介

奧鋼聯MB670 型掘錨機是實現掘錨一體化比較常見的一種掘進機（圖1），采高2.9 m～4.5 m，長×寬×高為11.21 m×4.7 m×2.8 m，重量95 t，總功率510 kW，電壓1 140 V，最大切割面5.5 m×4.1 m，行走速度可調3.5、7.0、15 m/min，橫向適應傾角5°，縱向18°，裝載及運輸能力25 t/min。配置錨桿機6臺，4臺頂錨桿機和2臺幫錨桿機，頂錨桿機緊靠截割滾筒后布置，可使空頂距最小，保證作業安全，使截割和支護同時作業，可適應頂板穩定性差的煤層。該掘錨機實現了無線遙控，可實時監控掘進狀況，在掘進過程中，滑動機架前移，履帶原地不動，因而不會對松軟底板造成破壞[2]。

圖1 MB670型掘錨機外形圖

2 工程概況

2.1 巷道地質條件

金莊煤業公司3#-5#層北四盤區8404 首采面位于北四盤區中部，貫穿盤區東西，兩條順槽方位275°，東部為北四盤區三條大巷，其余三面均為實煤區，工作面巷道布置如圖2 所示。工作面煤層結構復雜，沿推進方向，煤層分開、合并交替出現，近一半煤層為3-5#煤層分開區，5#層厚10.85 m～17.10 m，平均14.67 m，3#層厚2.73 m～9.62 m，平均5.13 m，夾矸巖性主要為泥巖、炭質泥巖及高嶺質泥巖，厚0.82 m～1.59 m，平均1.18 m，煤層合并區煤厚17.10 m～26.24 m，平均19.80 m。工作面上方賦存均厚0.21 m的偽頂，直接頂為泥巖、細砂巖，厚1.79 m～6.18 m，平均3.81 m，老頂為粗砂巖、中細砂巖，5.71 m～12.54 m，平均8.34 m，直接底為均厚2.13 m的高嶺質泥巖、泥巖，老底為粉砂巖、細砂巖，4.05 m～8.92 m，平均5.84 m。煤層硬度f=2～3，具有煤塵爆炸性，煤的自燃發火期為3～6 月，正常涌水量5 m3/d，最大涌水量15 m3/d，屬于低瓦斯礦井。

圖2 工作面巷道布置圖

2404運輸平巷為掘錨機掘進工作面，煤層傾角較緩，平均4°，整體傾向西北。煤層從巷道開口逐漸下沉，從1 120 m開始先抬升后下降，至2 000 m傾角較大約7°，2 000 m～4 400 m傾角逐漸變緩至1°左右。

2.2 巷道支護參數

2404 運輸平巷全長4 265.25 m ，斷面為矩形，掘進尺寸寬×高=5.5 m×3.6 m，沿底板掘進，巷道頂板采用“左旋無縱筋螺紋鋼錨桿＋鋼筋網＋錨索＋W 鋼帶”聯合支護；兩幫采用“螺紋鋼錨桿+8#菱形網”聯合支護。巷道支護如圖3所示。

圖3 2402運輸平巷斷面支護圖

2.3 施工工藝和參數

2404運輸平巷采用奧鋼聯MB670型掘錨機，以及后配套設備梭車、連運車、帶式輸送機等，按設計要求一次切割成巷并同時完成掘進面的破、落、裝、運煤及支護工作。

割煤工序：掘錨機掘進時，巷道一次成形，循環進度1.0 m。具體截割過程：首先行走掘錨機，上升截割頭，使其調整至巷道中部，并與前方煤壁接觸，然后伸出掘進機臨時支撐機構，運轉截割頭與中部的運輸機，升起截割頭至巷道頂板后，使其切入煤體1.0 m深，自上而下割煤。當割至煤層底板時，收截割頭，截割底煤，使巷道底板平整，裝完余煤，再次將截割頭升起，調整至巷道頂板，進行下一個循環。

裝煤工序：利用掘錨機上設有裝載機構（裝煤鏟板和三星輪裝載機構）和輸送機來完成裝煤工序。掘錨機割煤時，煤落在裝煤鏟板上，同時圓盤耙桿連續運轉，將煤炭裝入中部運輸機，運輸機再將煤裝入后面等待的梭車內。

運輸工序：采用梭車運煤時，梭車停在掘錨機后面，等待裝煤，當梭車前部裝滿時，開啟中間的輸送機向后運煤，裝滿轉運至聯運車，破碎后，再將煤轉運到2404輔運聯巷輸送機上，經北四盤區輔運大巷和主斜井主運輸系統運出到地面。

支護工序：掘進面的臨時支護作業通過掘錨機的液壓支撐架和錨桿機的支護頂蓬來實現。掘進過程中，首先升起液壓支撐架護住頂板，然后再進行割煤。打頂錨桿時，也必須先將錨桿機的支護頂蓬支撐到工作區域頂板上，再進行鉆眼工作。掘錨機支護工序的具體作業順序為鋪網、鉆眼、安裝錨桿、緊固錨桿。

勞動組織：采用“四六”作業制和正規循環作業方式，三班生產，一班準備，循環進尺1.0 m，每班8 個循環，每日24個循環，日進尺24 m，每月按25天計算，共掘進600 m。全隊在冊人員為75 人，則掘進工效為0.32 m/工。

3 現場應用效果

奧鋼聯MB670 型掘錨機在金莊煤業公司厚煤層寬斷面的巷道掘進中取得了較好的技術和經濟效果。在現場應用中，最高日進尺31.2 m，日均進尺25.4 m。2015 年2 月份完成進尺448 m，之后進度逐漸加快，6月份實現了最高月進尺686 m 的好成績，而使用普通EBZ260 掘進機在8206 工作面運輸平巷同期的施工中，完成月進尺446 m，對比可知，使用掘錨機掘進效率是掘進機的1.54倍。隨著作業人員熟練程度的不斷提高，掘進進尺將會穩步增加。

掘錨機的主要技術優勢體現在以下5個方面：

（1）單巷掘進速度快，斷面成型好，一次截割寬度即為達到巷道設計寬度5.5 m，掘錨機可同時進行掘進和錨桿支護，掘進速度大為提高。

（2）可利用自帶的液壓支撐架進行臨時支護，有效支護頂板，避免空頂作業，安全性好，最小空項距為1.8 m，最大空頂距為2.8 m。

（3）錨桿支護質量好，速度快，勞動強度低。能同時完成頂錨桿支護和幫錨桿支護，有效防止片幫的發生，降低個人的勞動強度。

（4）掘錨機單巷掘進，可減少聯絡巷道工程量，減少無效進尺，降低掘巷成本。

（5）使用無線遙控操作，截割速度慢，能夠保證掘進工程質量，同時司機作業也安全。

4 結論

奧鋼聯MB670 型掘錨機經過在金莊煤業公司6個月的現場試驗，取得了較好的應用效果，與普通懸臂式掘進機及其配套作業線（月進尺400 m）相比，月進尺比要高出280 m 左右，有效地緩解了采掘接替失調的局面。同時，掘錨一體化，實現了及時支護，避免了空頂作業，保證了工人安全，使掘進和錨桿支護平行作業，進而大大提高了掘進速度，滿足了安全高效回采工作面的正常接續要求，因此，掘錨一體機在開采條件具備的礦井中具有廣闊的推廣應用價值和發展前景。