掘錨一體機在煤礦掘進中的應用

羅賢虎

（霍州煤電集團三交河煤礦安全科 ，山西 霍州 041600）

0 引 言

隨著國家對煤礦行業的不斷整改，我國煤炭企業都向大型現代化礦井轉變。原有的煤礦設備在掘進巷道及回采巷道過程中，不斷進行改進，以達到煤礦提倡的安全高效開采的目標。我國現階段巷道掘進時，采用的掘進機+錨桿鉆機存掘進效率低、輔助時間長、人力勞動較大等諸多問題。

某煤礦為加快巷道掘進速度，減少輔助作業時間，提高井下工作效率，采用掘錨一體機進行巷道掘進作業。本文以此為研究背景，研究了掘錨一體機在復雜地質情況下礦井的適用性及應用效果，對掘錨一體機在相同條件礦井下的應用具有借鑒意義。

1 工程概況

某煤礦為大型現代化礦井，現主采3號煤層，3號煤層底板標高為+512m～+582m，地面標高為+912m～928m，巷道埋深400m左右。本次試驗巷道為s6-8運輸順槽，巷道沿3號煤層底板掘進，巷道斷面尺寸為5.2m×3.5m，斷面積為18.2m2，運輸順槽設計掘進長度為1600m。本次試驗巷道s6-8運輸順槽平面布置圖如圖1所示，。

圖1 試驗巷道s6-8運輸順槽平面布置圖

通過收集該工作面順槽周邊臨近的地質鉆孔，根據鉆孔數據確定，該工作面3號煤層厚度為5.75m～5.88m，平均厚度為5.8m，其中含有一層0.3m左右的夾矸。巷道頂板為厚度3.4m的粉砂巖老頂，厚度2.3m的泥巖直接頂，底板為厚度1.2m的泥巖直接底，厚度1.8m的細砂巖老底。為加快巷道掘進速度，減少輔助作業時間，提高井下工作效率，該礦采用掘錨一體機進行巷道掘進作業。

2 掘錨一體機適應性分析及改進

2.1 掘錨一體機適應性分析

通過調研及查閱資料發現，掘錨一體機在我國許多礦區得以應用。在地質條件較好的礦區應用廣泛，且效果突出。在地質條件復雜的礦區，還未取得突破性的研究成果，使得其可以被廣泛推廣。實際應用時，需針對礦井實際地質情況，對掘錨一體機進行優化改造。

本次試驗巷道為s6-8運輸順槽所在礦區煤層賦存條件復雜，高地應力、圍巖巖性軟弱、頂板壓力大、瓦斯含量高。因此，該礦區采用掘錨一體機進行巷道掘進作業時，需要根據該礦區的實際巷道掘進條件，對掘錨機進行相應的改進，以達到提高巷道掘進速度的目的。

2.2 掘錨一體機改進措施

2.2.1 臨時液壓頂篷改造優化

由于試驗巷道地質條件復雜，巷道掘進迎頭空頂區在掘進時，保持自穩時間較短，而掘錨一體機自身的臨時液壓頂篷有效的支護面積較短，無法有效支護空頂區煤層，極易發生冒頂等事故。因此，為了保障掘進施工安全作業，本次應用對掘錨一體機的臨時支護裝置進行了改進。改進措施如下：將掘錨機頂板支護改造為由千斤頂、臨時頂板支護、銷子和耳子組成的支護形式。改造后臨時頂板支護長度為1500mm，寬度為500mm，相較于原有自帶臨時頂板支護的面積大了2.6倍。同時，在掘錨一體機上安設兩條液壓管路，通過液壓千斤頂來實現臨時頂板支護的頂起和放下。當掘進時，千斤頂可以將頂板支護頂起進行臨時支護；當割煤時，可以通過操作將其收回。如下圖2所示，為改造優化后的臨時液壓頂篷俯視圖和側視圖，圖3所示為掘錨一體機臨時支護的現場圖。

圖2 改造優化后的臨時液壓頂篷俯視圖和側視圖

圖3 掘錨一體機臨時支護的現場圖

2.2.2 阻擋落煤裝置的設計

由于該礦巷道圍巖較為破碎，掘錨一體機在掘進過程中，可能將迎頭煤壁上的煤塊崩落下來，導致掘錨機的操作人員受傷。因此，本文設計了一種裝置，用以阻擋落煤裝置。具體設計如下：在改進優化的液壓頂篷下方焊接一方形鋼板，鋼板截面尺寸為50mm×50mm。在擋矸裝置上方加設一方形插銷，插銷尺寸為40mm×40mm。在掘錨機下端安設圓鋼，圓鋼長度1.3m，直徑38mm。其上設有3個鉤子，用以安放木板，木板尺寸為2200 mm×10 mm×200 mm。在掘錨機掘進時，將設計的阻擋落煤裝置掛在掘錨機方形槽中，可以阻擋迎頭崩落下的煤塊。當進行截割時，可取下該裝置以備下次使用。，阻擋落煤裝置如圖4所示。

圖4 阻擋落煤裝置的示意圖

2.2.3 掘錨一體機截割方式及進刀路線改進

改進的掘錨一體機截割方式及進刀路線如下：首先，將掘錨機截割部置于煤壁中間部位，進刀切入煤壁1.0m；然后，從上到下截割下半部分煤體；當截割煤體到巷道底板位置時，截割部退后1.0m，對巷道底板反復拉低，使底板變平整；完成上述工序后，前移掘錨機，對巷道頂板及兩幫進行支護；然后，再從上至下截割上半部分煤體；掃除預留的200mm頂板煤皮；進行下一刀割煤時，再重復上述工序。同時，割煤時掉落的煤塊，可通過刮板輸送機向外運出。如圖5所示，為改進的掘錨一體機截割方式及進刀路線示意圖。

圖5 改進的掘錨一體機截割方式及進刀路線示意圖

3 掘錨機實踐應用效果分析

3.1 掘進效率總結

該礦井于5月28日在安裝硐室1.5m處的位置，使用掘錨一體機進行掘進，到9月2日正式掘進完成，巷道施工工期一共為98天。

本次試驗巷道應用掘錨機進行掘進，掘進效率對比如圖6所示：

圖6 掘進效率對比圖

巷道掘進效率總結如下：①巷道掘進日進尺由六月份的10.4m/d增加到20.8m/d，平均日進尺可達15.5m/d；②正常掘進一個循環的時間為40分鐘，其中割煤時間10分鐘，支護時間半小時；③7月份對掘進巷道支護進行了優化，使得掘進速度相較于6月份顯著提高；④8月份巷道平均日進尺為20.2m/d，月進尺共計606m，掘進效率顯著，掘錨一體機的應用效果較好。

3.2 掘錨機應用獲得的經濟效益

3.2.1 節約成本

通過6月份掘錨一體機在試驗巷道的試用，根據現場實際情況及礦壓觀測，對其巷道掘進支護參數進行了優化改進。原有支護材料每米巷道支護成本費用為3770元，優化后為3140原，每米巷道支護成本可節約630元。試驗巷道設計長度為1600m，則全巷支護完畢，可節約成本100萬左右。

按人工費計算，原掘進日進尺為10m/d，使用掘錨機后平均日進尺15.5 m/d，每日多進尺5.5m，人工費按每班42元/人，每班人工數14人，則粗略計算人工費用每年節約：5.5m/d×365d×42元/人×14人=118萬。

3.2.2 產煤增效

經過合理的組織管理和現場指導，完全掌握掘錨一體機在巷道掘進中的應用，可實現掘錨機月進尺600m以上的掘進水平，相比于綜掘機掘進水平可高出300m左右月進尺數。以試驗巷道為例，該礦應用掘錨一體機后，一臺掘錨機組每年原煤產量比未使用掘錨機時多出9.20萬/t，按一噸煤的純利潤為150元計算，則一臺掘錨機每年多出的經濟效益約為1380萬。

4 結 論

以復雜地質條件煤礦應用掘錨一體機進行巷道掘進作業為研究背景，研究了掘錨一體機在復雜地質情況下礦井的適用性及應用效果，主要結論如下：為適應該礦實際地質條件，對掘錨機的臨時液壓頂篷、阻擋落煤裝置和掘錨一體機截割方式及進刀路線進行了改進設計。并通過記錄巷道掘進效率進行了掘進效率總結和經濟效益分析，確定了掘錨一體機在巷道掘進中的顯著應用效果。