煤巷掘錨一體機化快速掘進技術與應用分析

黨文佳

【摘? 要】煤巷掘錨一體機化的快速掘進技術和應用問題受到社會各界的關注與重視。掘錨一體機就是將掘進和支護結合起來，在一個機器上同時完成割煤和頂幫錨網支護，具有掘錨平行作業、單個循環進尺占用時間少等特點。盡管我國已經擁有了很多的液壓錨桿鉆機與掘進機的一體化技術，但是這些技術都還不夠成熟，因此，本文主要對掘錨一體技術發展進行了簡單的闡述。

【關鍵詞】掘錨一體化技術;煤巷錨桿機;快速掘進技術

引言

近年來煤礦掘進的發展越來越快，煤礦錨桿支護通常采用的都是氣動支腿式錨桿鉆機，氣動支腿式錨桿鉆機支護在整個掘進過程中所用的時間最長，所以選擇最佳的錨桿支護方式可以很大程度地提高煤巷掘進的效率。掘錨一體化技術不僅可以提高錨桿預緊力，而且還可以適當地降低撓度強度和錨桿支護的密度，該技術是未來煤礦巷道掘進發展的必然趨勢。

1.當前我國掘錨一體技術發展的現狀

我國的錨桿支護技術相比于國外而言，起步晚了十年左右，我國是在20世紀50年代才將錨桿支護技術引入到巷道圍巖中，錨桿支護技術在20世紀70年代才開始正式地發展，我國當前的巷道錨桿支護主要采用的工具是氣動支腿式錨桿鉆機。我國煤礦使用的典型掘錨一體機的形式主要有以下四種。

1.1單臂式掘錨一體機

單臂式掘錨一體機結構內部只安裝了一臺液壓錨桿鉆機。單臂式掘錨一體機不僅結構簡單、易于操作，而且故障點也比較少，但是這種形式的掘錨一體機的效率極低，因為這種掘錨一體機在進行掘錨作業的時候只有一臺液壓錨桿鉆機，導致其工作效率遠低于當前的氣動支腿式錨桿鉆機，所以單臂式掘錨一體機很難被普及到巷道錨桿支護作業中，因此施工單位通常在掘錨作業時基本上都不會選擇這種形式的掘錨一體機。

1.2截割部兩側分別安裝一臺液壓錨桿鉆機

第二種形式的掘錨一體機是在截割部兩側都安置了一臺液壓錨桿鉆機。這種形式的掘錨一體機的工作原理是先利用截割部的擺動找到錨桿機的位置，然后再在截割部的上側安裝一個臨時支護裝置，這樣掘錨一體機在掘錨支護的時候就會將臨時支護裝置頂在頂板上。由于雙臂式掘錨一體機必須在工作人員位于截割部附近的時候才能進行錨桿支護，所以會對工作人員的人身安全造成極大地威脅，最終導致雙臂式掘錨一體機也不能被廣泛應用到巷道錨桿支護作業中。

2.掘錨一體機的技術要求

2.1安全方面的技術要求

考慮掘錨一體機安全問題的時候需要注意以下三個方面：

（1）掘錨一體機在進行錨桿支護的時候只能運行泵站電機，必須停止其他所有的功能;（2）科學、合理的設置工作人員掘錨的位置，切忌裸露在掘錨一體機的前端，借助掘錨一體機本身對工作人員進行保護;（3）保證臨時支護功能不會受到影響，避免冒頂的現象發生。

2.2效率方面的技術要求

掘錨一體機至少要有兩臺液壓錨桿鉆機才能保證掘進的效率不會太低。目前我國的煤礦錨桿支護作業中采用的氣動支腿式錨桿機都會選擇2至4臺液壓錨桿機，這不僅可以有效地提高掘進機的工作效率，而且還可以提高掘錨一體機在市場中的競爭力。一臺掘錨一體機安裝2至3臺液壓錨桿機是最合理的，因為2至3臺液壓錨桿機既能保證巷道的尺寸不會全部被掘錨一體機占用，而且也不會影響液壓錨桿機的布置。

其次，液壓錨桿機應該選擇大扭轉類型。如果錨桿支護的頂板的強度較大，采用大扭轉液壓錨桿機可以更順利的完成錨桿支護作業。如果錨桿支護時所使用的錨桿的強度較高，采用大扭轉液壓錨桿機不僅可以為錨桿支護提供足夠的預緊力，而且還可以相應地降低錨桿支護的密度，最終使掘錨一體機的工作效率大幅度地提高。

2.3適應性方面的技術要求

最后掘錨一體機還需要考慮其適應性，考慮適應性的時候注意以下四個方面：

（1）掘錨一體機需要適應巷道尺寸在一定范圍內發生波動;（2）將掘錨一體機安置在掘進機和巷道間，同時還需要考慮錨桿和錨索外露的部分，此外還要保證工作人員不會干涉掘進機本身的當作;（3）保證工作人員的視線不會受到掘進機的影響，保證掘進機能夠正常的運行;（4）掘錨一體機的控制方面應該以手動控制為主，雖然井下遙控控制在掘錨一體機控制方面已經得到了一定的應用，但是遙控器的信號經常會出現不穩定且操作不靈活的現象。

2.4案例分析

（1）工程概況。試驗地點為金莊煤礦8404工作面2404運輸巷，8404工作面為金莊煤礦北四盤區的首采工作面，2404運輸巷沿3-5號煤層底板掘進，巷道寬5.5m，高3.6m，掘進斷面積為19.8m2。巷道長度為4175m，埋深約300m。

（2）現場對快速掘進工藝的優化。為了加快掘進速度，對現場的掘進、支護工藝及系統進行了優化。①②根據掘錨機的結構特點，提出頂板和幫部錨桿空間不成排的支護體系;掘錨機正規循環作業時，循環進尺為1000mm，設計的錨桿排距為1000mm，但是頂錨桿機和幫錨桿機的固定間距為1300mm，這樣頂錨桿和幫錨桿難以實現一次對齊。現場施工中再進一個循環進尺1000mm，此時幫錨桿滯后3排頂錨桿（2m），然后退機組，后退距離為700mm，開始滯后第3排的幫錨桿的施工，實現了頂部和幫部錨桿的對齊成排。經現場統計，退機組這道工序時間大約為9min，如果把這道工序省略，使幫部錨桿空間上滯后頂部錨桿300mm，這樣幫錨桿可以緊跟頂錨桿施工，僅滯后頂錨桿一排，可以實現幫部的及時支護，有助于防止片幫發生。為了對比頂幫錨桿對齊和頂幫錨桿相差300mm的支護應力場分布，使用FLAC3D軟件進行模擬。在對齊情況下的最大主應力為0.0354MPa，在相差300 mm情況下的最大主應力為0.0343 MPa，產生的原因為對齊情況下幫部錨桿的應力場會和頂部錨桿的應力場產生疊加，疊加后的強度略大，但對整體的影響不大。通過分析，由于掘錨機自身結構的原因，幫錨桿機與頂錨桿機相差1300mm。如果頂幫錨桿相差300 mm，不僅可以省去退機組工序，實現快速掘進;還可以在現有基礎上對幫部實現及時支護。②對現有操作工序進行了優化。從現場統計操作工序時間來看，割煤需要7.8 min，升頂梁、鋪頂網需要5.2 min，頂板支護需要23.2 min，幫部支護需要9.0 min，共需要45.2 min。最耗時的工序為支護，發現其中的主要原因是頂、幫錨桿機的銜接不當，可利用頂板孔錨固劑固化時間，進行幫部鉆孔的施工，通過緊密銜接作業后，可減少其中一個鉆孔的時間。為減小頂板支護與割煤時間差，應選擇高強度（500 MPa）錨桿，實現高預緊力（300 Nm）錨桿支護，以降低間排距，充分發揮掘錨機的割煤速度快、支護較慢的性能優勢。

通過構建連續的"掘—支—運"系統、提出頂板和幫部錨桿空間不成排的支護體系、改進支護材料、優化操作工序，從而整體提升了掘進速度。通過采用高強度錨桿、高預緊力短錨索技術，實現了特厚煤層的快速高效支護。

3.結束語

掘錨一體機的發展不僅對掘進工藝的要求十分嚴格，而且還需要不斷地改進掘進機。井下遙控技術的不斷完善和電液比例控制的普及使得遙控控制在掘錨一體機控制方面發揮的作用更加明顯。在掘錨一體機的控制方面，科學、合理的利用智能控制技術既能有效的提高掘錨一體機的自動化程度，也能適當地加快錨桿支護作業的速度。液壓錨桿鉆機是整個掘錨一體機的核心部分，所以需要高度重視液壓錨桿鉆機技術的發展。

參考文獻

[1]任瑞平;煤巷掘錨一體機化快速掘進技術與應用分析[]：神華科技：2018年07期

[2]郝文印：：大斷面煤 巷快速掘進支護技術研究刀：煤礦現代化：201 8年05期

[3]張東寶：煤巷智能快速掘進技術發展現狀與關鍵技術[凹]：煤炭I程：2018年05期