掘進機選型方案的設計

王 偉

（大同煤礦集團宏泰礦山工程建設有限責任公司， 山西 大同 037003）

引言

巷道掘進作為工作面開采的基礎，其掘進效率及質量直接決定后續工作面煤炭的開采[1]。目前，應用于巷道掘進的設備有掘進機、鑿巖機等。應用于掘進工作面的掘進設備直接決定工作面的掘進效率及質量，因此，開展對掘進機選型方案的研究是十分有必要的，確保所選掘進設備能夠適應煤礦的實際情況，充分發揮其“破、裝、運、支”四個功能。

1 掘進機選型原則

掘進機選型所需遵循的要素包括有截割介質的硬度、掘進斷面的類型、截割能力以及工作面角度、對地壓力等[2]。

1.1 截割介質硬度

根據掘進設備所應用工作面介質的硬度，選用匹配的掘進設備，選型依據如表1 所示。

表1 掘進設備選型依據及功率

1.2 掘進斷面類型

根據不同的掘進斷面類型，選用適當的掘進機。在實際掘進過程中可能出現矩形、梯形以及上圓下方等幾種斷面[3]。當掘進斷面的面積小于15 m2時，該斷面采用一次成型的切割方式；當掘進斷面的面積大于15 m2，該斷面采用二次成型的切割方式，要求二次切割的斷面面積小于第一次切割的面積[4]。

1.3 掘進機截割功率

首先，根據工作面介質的硬度初步確定所選懸臂式掘進機的類型；其次，根據初步所得掘進機的類型通過查表的方式得出該掘進機截割頭截齒的平均直徑和長度；最后，根據式（1）得出掘進機的截割功率[5]。

式中：N為掘進機的截割功率，D為所選掘進機截割頭截齒的平均直徑，H為截割頭的長度，v為掘進機截割頭的擺動速度，Hw為掘進機的單位功耗。

2 工程概況

本文以C3-5 號層8107 工作面5107 順槽巷為研究載體，5107 巷服務于8107 工作面開采時的運料、回風、管線敷設及行人的需要。107 巷井下位于回風大巷西南部，工作面東部為8101 工作面采空區、西部未開拓，北部為三條盤區大巷。5107 巷位于C3-5 號層，煤層傾角2°～10°，平均4°。3-5 號層5107 巷開口位于3-5 號層主運大巷距主輔聯巷424 m 處，5107 巷設計長度1 503 m，沿C3-5 號層煤層底板留頂煤掘進。預計日進8.1 m。

2.1 地質構造

C3-5 號層8107 工作面整體為單斜構造，開口處低，切巷高，平均傾角4°。對照相鄰巷道及上覆侏羅系11 號層揭露地質情況分析，8107 工作面將揭露2 條斷層，詳見表2。

表2 構造情況表

2.2 水文地質情況

該工作面地表無河流、湖泊等地表水。我礦石炭系3-5 號層8107 工作面在相對安全區域范圍內，但在兩順槽巷掘進過程中應嚴格執行“有掘必探，先探后掘”的探放水原則，確保工作面掘進安全。兩順槽在掘進過程中必須鋪設108 排水管一趟和流量不小于60 m3/h 水泵兩臺。且工作面的最大涌水量為0.1 m3/min；正常涌水量0.001 m3/min。

3 掘進工藝的設計

根據C3-5 號層8107 工作面5107 順槽巷介質的硬度，選用掘進機的類型為EBZ-260。總體掘進工藝為：5107 巷在開口前由放頂隊用ZQJC-220/7.2 型氣動架柱式鉆機進行超前探巷，探測孔首先采用探巷設計中方案一探放水孔，每組3 個孔；巷道掘進時采用EBZ-260 型掘進機沿3-5 號煤層底板截割并自行裝煤，由膠帶運輸機運煤至主運大巷皮帶運出；5107 巷掘進過程中每10 m 在巷道中部用錨索鉆施工一個探頂眼，探明3-5 號層煤層厚度；5107 巷開口時對開口處10 m 范圍內支護進行加固，并保護好開口處管線、電纜，防止損壞。

掘進工藝流程如下：安全檢查→割煤→裝煤、運煤→安全檢查→臨時支護→永久支護→延伸皮帶輸送機。

3.1 裝煤、運煤工藝

運煤路線為EBZ-260 型掘進機工作面截割落下的煤→掘進機轉載機→膠帶輸送機→3-5 號層主運大巷膠帶輸送機→3—5 號層主運漏煤眼→膠帶暗斜井→1070 漏煤眼→主斜井膠帶輸送機→地面。

3.2 臨時支護工藝

臨時支護使用ZLJ 10/21 型機載超前支護裝置，掘進機完成截割裝煤作業后，施工人員把鋼帶按支護排距放置在機載前探支護上，把網片鋪設在鋼帶上，升起機載前探。

3.3 永久支護工藝

該工作面永久支護采用“錨桿+錨索”的支護方式。其中，頂錨桿和錨索采用MQT-130 型氣動錨桿（錨索）鉆機，幫錨桿采用手持式風動幫錨機、7655型風動鑿巖機，頂部錨桿眼打設采用B19×28 的鉆桿及Φ30 mm 鉆頭，幫錨桿眼打設采用Φ28 mm 的麻花鉆桿及Φ30 mm 鉆頭。

4 結語

在進行掘進機選型方案設計時，不論在掘進工作面還是在綜采工作面工作，必須要求所采用的掘進機能夠適應工作面的特點（重點關注地質構造和水文條件），以確保掘進機能夠高效、安全生產。此外，還需確保在掘進過程中裝煤、運煤、支護（臨時支護、永久支護）等工藝滿足實際生產的需求。