CMM2-20 型煤礦用液壓錨桿鉆車在突出煤層順槽巷道掘進中的適應性分析

李博強

（山西新景礦煤業有限責任公司， 山西 陽泉 045000）

引言

新景公司佛洼15 號煤層的瓦斯含量在7.26～11.59 m3/t，瓦斯含量普遍大于8 m3/t，15 號煤層礦井瓦斯類型劃分為復雜，按突出煤層管理。新景公司15121 回風巷掘進工作面采取的局部防突措施為施工局部卸壓孔，由人工使用ZQSJ-140/4.1 型氣動手持式鉆機施工。由于巷道斷面達22.36 m2（荒寬×荒高=5.2 m×4.3 m），需分上下部兩次施工：首先人員站在巷道浮煤上施工上部鉆孔→施工完畢后用掘進機出凈浮煤→人員再次施工下部鉆孔。這種人工施工鉆孔工藝繁瑣、勞動強度大、勞動時間長、單進水平低。

為提高瓦斯突出掘進工作面施工卸壓孔的裝備水平和鉆孔效率，降低勞動強度，經過多次調研考察，于2019 年4 月28 日開始在新景15121 回風巷試用CMM2-20 型液壓錨桿鉆車施工瓦斯抽放卸壓孔。

1 工作面情況

1.1 工作面布置情況及施工現狀

15121 工作面布置五條巷道和一個開切眼，五條巷道分別為：進風巷、回風巷、低位抽采巷、高抽巷和回風底抽巷。工作面可采走向長度1 375 m，傾斜長度195 m，上層煤平均厚度5.4 m，可采儲量193.3萬t。

1.2 工作面的地理位置

本面地表為山坡山梁地段，地表位于西場溝、黃芩茶垴以東，佛洼風井以南，小兒溝、簸箕掌村、瓦窯溝以西，舊街、桃河以北，佛洼溝附近的山坡、山梁、溝谷地段，蓋山厚度在597 m 以上，地面標高920～1 010 m。井下位于15 號煤佛洼采區南翼中部，東為15119 工作面（未掘），南為太舊高速公路保護煤柱，西為15123 工作面（未掘），北為佛洼進、回風井；工作面15 號煤層上方的K2、K3、K4 石灰巖和砂巖層均為弱含水層，工作面標高309～351 m。本工作面工作面上方3 號、6 號、8 號、9 號、12 號、13 號煤層均未開采。

1.3 工作面的煤層賦存情況

本工作面所掘15 號煤層賦存較穩定，結構簡單，屬中灰、中硫的優質無煙煤，煤層以鏡煤、亮煤為主，內生裂隙發育，底部含少量黃鐵礦結核。兩翼煤層傾角3°～7°，中部為傾向近W 的單斜構造，煤層傾角5°～8°，南部為軸向近EW 的背斜構造，兩翼煤層傾角2°～5°；回風巷北部為軸向NE 的寬緩向斜構造，兩翼煤層傾角4°～8°，中部為傾向NW 的單斜構造，煤層傾角4°～9°，南部為軸向近EW 的背斜構造，兩翼煤層傾角3°～6°。本工作面煤層厚度為4.40～8.80 m,平均厚度5.40 m，該區域15 號煤層分叉，下部煤層厚度1.64～3.63 m，平均煤厚約2.0 m。

15121 回風巷煤層賦存較穩定，結構復雜，屬中灰、中硫的優質無煙煤，煤層以鏡煤、亮煤為主，內生裂隙發育，底部含少量黃鐵礦結核。瓦斯含量大，掘進過程中按突出煤層管理。

施工工藝為：施工造穴抽采鉆孔→瓦斯預抽→效果達標評判→施工局部卸壓孔→局部措施效果評判→掘進施工→下一個循環。

2 CMM2-20 煤礦用液壓錨桿鉆車參數與使用范圍

CMM2-20 煤礦用液壓錨桿鉆車參數如下頁表1所示。整機結構合理、緊湊，工作靈活，操作方便，是實現目前國內巷道掘進快速卸壓、高效、機械化的一種首選裝備。本機與掘進機配合使用，適用于中低型礦山巷道掘進工作面機械化作業。

表1 CMM2-20 型液壓錨桿鉆車主要技術參數

CMM2-20 煤礦用液壓錨桿鉆車在設計上充分考慮功能的多樣化，從而使得該機不僅能施工泄壓孔、錨桿（索）孔，而且處于巷道迎頭的炮眼孔、探水孔及探放瓦斯孔均能方便地進行施工作業，大大擴大了設備的作業面和適用范圍。本機適應巷道工作坡度為20°，可以在25°坡上行進。

3 試用地點及時間

新景公司15121 回風巷斷面為荒寬×荒高=5.2 m×4.3 m，于2019 年5 月份至6 月份使用CMM2-20 型液壓錨桿鉆車（見圖1）施工局部卸壓孔。

4 試用過程

4.1 操作流程

使用錨桿鉆車時，首先由綜掘機完成掘進施工，完善頂幫支護后，將綜掘機靠皮帶幫退機7 m 以上，再將液壓錨桿鉆車開進煤頭后穩固鉆車，升起操作平臺調整鉆車位置，穩固左右橫梁后開始鉆孔作業。施工一排后，收回橫梁穩固，重新調整作業平臺，繼續循環下一排鉆孔作業。

4.2 試用經過

圖1 CMM2-20 型液壓錨桿鉆車模型

2019 年4 月20 日，由廠家技術人員對綜掘三隊施工人員進行液壓鉆車的實操及理論培訓，于4月28 日正式開始施工。

5 月初，掘三隊開始正式全面使用液壓鉆車施工卸壓孔。初始防突措施：正孔深12 m，偏孔深13 m，打孔22 個。八點班正常進度13 點左右開始施工，17點半左右施工完畢。打鉆總用時在4 h30 min～5 h。打鉆過程中打1 m 平均用時1 min，打12 m 深孔平均用時15 min（其中打鉆用時11 min，退鉆桿用時4 min）。出現吸鉆現象用時不定，平均為25 min。

之后按照新的防突措施：正孔深18 m，偏孔深19 m，打孔22 個。總用時在6 h 左右。打鉆過程中，打1 m 平均用時約1 min，打一排平均需要75 min左右，打一個18 m 深鉆孔平均用時24 min（其中打鉆用時18 min，退鉆桿用時6 min）。出現吸鉆現象時，平均用時33 min。

5 使用效果

5.1 提高打鉆效率

1）氣動手持式鉆機。人工使用氣動手持式鉆機施工，每部鉆機需要2 人同時操作，遇吸鉆等現象時，需3 人同時推鉆機。以18 m 深鉆孔為例，每循環平均用時達9 h，平均每個鉆孔需用時35 min，中間鏟煤時間需1 h 左右。

2）液壓錨桿鉆車。使用液壓錨桿鉆車施工卸壓孔，正常情況下，需要4 人操作兩臺鉆機（每2 個人一組，操作一臺鉆機，其中一人操作、一人換鉆桿）。以18 m 深鉆孔為例，每循環平均用時6 h，每個鉆孔平均用時18 min。

使用液壓錨桿鉆車施工卸壓孔，較人工使用手持式鉆機施工時間縮短近一半，提高了施工效率，降低了勞動強度。

5.2 改善作業環境

使用手持式鉆機施工時，工作面掌頭煤塵較大；采用液壓錨桿鉆車打鉆時，有噴霧引射裝置，降低了工作面的粉塵，改善了作業環境。

5.3 提高掘進效率

由于使用液壓錨桿鉆車施工卸壓孔的時間較人工打鉆時間有所縮短，為正常掘進施工節省出了時間。

根據兩種打鉆方式月度掘進進尺比較，1—4 月份（使用手持鉆施工局部卸壓孔）15121 回風巷月度平均進尺為120 m，5-6 月份（使用液壓錨桿鉆車施工局部卸壓孔）月度平均進尺為150 m，使用液壓錨桿鉆車打鉆的月度進尺比原來提高了25%。

5.4 其他方面

1）鉆車在結構上采用了整體升降的工作平臺和回轉機構，可以根據巷道高度、鉆孔角度等情況，通過平臺升降來調整人員的作業高度，調整鉆車角度，從而實現巷道卸壓孔的機械化作業施工。

2）鉆車采用履帶行走，機身窄，運行簡便快捷，適用于突出煤層掘進工作面施工卸壓孔和效果檢驗。

3）鉆車全部采用液壓系統控制，工作機構由懸臂式升降平臺、回轉裝置、左右鉆臂、鉆孔推進器、工作欄、穩定器等構成，工作機構操作簡便、運行穩定。

4）鉆車設計的鉆孔開孔范圍500～3 000 mm，可以滿足中厚煤層及厚煤層掘進工作面卸壓孔施工要求。通過升降平臺實現了全斷面一次鉆孔。

5）機組結構性合理，大部件強度好，剛性好，最小寬度為1.2 m，機組進出工作面掌頭比較靈活方便，鉆臂可以上下升高，開孔高度為3.5 m（尺寸可定制）；全部采用液壓系統控制，方便井下維修與操作；裝有兩套用液壓控制進行鉆孔的鉆臂及推進裝置，且兩鉆臂及推進器相互獨立；鉆車底部安裝四根下穩固油缸支撐，調整底板不平整，調節鉆車平衡，在打鉆過程中能夠很好地起到穩固鉆車的作用。

6 結論

液壓錨桿鉆機用人少。使用鉆車鉆孔需3 個人即可完成整個循環作業，與ZQSJ-140/4.1 手持式鉆機同等工作量相比，減少人員3 人，節省勞動用工50%。鉆孔效率高。施工22 個孔深18 m 的卸壓孔，使用手持式鉆機平均用時9 h，使用鉆車平均用時6 h，鉆孔效率提高33%。降塵效果好。鉆車安裝噴霧引射裝置，施工卸壓孔時，工作面煤塵明顯降低，作業環境改善。單進水平提高幅度大。采用鉆車施工卸壓孔，鉆孔效率高，基本不占用生產班時間，圓班進尺由5 排提高到6 排，月均進尺由120 m 提高到150 m。

CMM2-20 型液壓錨桿鉆車結構設計合理、性能穩定、操作可靠、鉆孔效率高速度快，可以應用于煤與瓦斯突出掘進工作面的卸壓孔施工和效果檢驗，值得推廣使用。