掘錨探一體機在大斷面巷道掘進中的應用

（汾西礦業集團水峪煤業 山西 032300）

當前我國煤礦開采工作的發展速度不斷加快，為社會生產和人們日常生活提供了大量的煤炭資源，推動著我國社會經濟的快速向前發展。現階段，我國很多煤礦開采工作單位，在煤礦巷道開采工作中，采用懸臂式掘進機配合錨桿鉆機進行煤礦巷道掘進工作，這種傳統的煤礦巷道開采工作方式，存在的主要問題表現在綜掘機設備開進開出非常頻繁，并且開機率偏低，錨桿鉆機主要通過人工來進行搬動，整個掘進和支護工作消耗的時間較長，同時人力資源投入量較大，因此，整個煤礦巷道的掘進工作效率和安全性有所不足。為了有效適應我國社會經濟的快速發展趨勢，通過新型的掘錨探一體機設備應用，在我國一些大斷面煤礦巷道掘進工作中應用效果非常明顯，全面提高了煤礦巷道的掘進工作效率和質量，同時在整個工作安全性和經濟性上有了充分的保證。

1.工程概況

針對我國某地區一處生產能力為240t/a煤礦開采工作面展開了分析和研究，該煤礦開采工作面屬于大斷面巷道結構，屬于瓦斯礦井。煤礦巷道內部平均煤層厚度為5.08m，煤層結構構成比較簡單，其中包含了0～3層的煤矸石煤層厚度平均且穩定，全部井田范圍內含有大量可開采穩定煤炭資源。煤層頂板當中大多是以中細顆粒砂巖，局部為泥沙砂質，泥巖底板為泥巖，砂質泥巖局部區域為細砂巖，整個地質條件構成比較簡單，水文地質條件穩定。針對該煤礦開采工作面掘進工作過程中，對掘錨探一體機設備的使用進行了全面探索，通過掘錨探一體機設備的運用，全面提高大斷面煤礦巷道的掘進和支護工作效率，支護工作方式上主要是錨網聯合支護形式[1]。

2.煤礦巷道支護工作方式

在該煤礦巷道的支護方式上采用的是上部凈寬度4800mm，下部凈寬度6000mm，煤礦巷道的總高度為3500mm，屬于一種梯形斷面結構，巷道斷面面積大小為18.5m2，屬于大斷面巷道。在本次巷道的交叉點斷層結構和圍巖的破碎帶等特殊位置，通過在原有的支護結構基礎之上，使用錨索支護方法設定出單體支柱。通過使用錨架聯合支護支撐的方法來加以保障。

圖1 煤礦巷道支護工作方式

在頂板支護工作中，通過使用錨桿錨索組合支護方式，每一排布置出7根螺紋鋼，錨桿和錨索間排距離為7500mm×900mm支護錨桿規格為22mm×2400mm，與150mm×150mm×10mm的拱形托盤來配合運用。錨索設計方法屬于交替設計，在煤礦巷道的左側區域依次進行排序，在錨索的第3個、第5個，以及錨桿孔洞內部第1個和第7個錨桿進行交替設置，配合使用250mm×250mm×20mm專用拱形托板。如圖1所示，網片材料使用的是5600mm×1150mm的菱形網結構，鋼帶使用的是梯形鋼帶頂部錨桿預緊力距小于150mm，同時錨索在工作過程中的預應力大小不能小于98kN。通過煤礦巷道的支護工作方式，可以看出巷道的高度相對較高，錨桿和錨索的支護密度較大，通過使用普通錨桿的鉆機，在整體的施工難度上相對較大，整個工程施工效率較低。由于巷道斷面結構為梯形斷面，錨桿的施工角度把控存在較大的難度，普通的錨桿鉆機施工效果不佳，通過現場工作勘測選擇掘錨探一體機設備，在該巷道掘進工作當中加以應用，全面提高巷道決定工作的整體質量和效果。

3.掘錨探一體機設備在大斷面巷道掘進工作中的具體應用

通過掘錨探一體機設備的有效使用，在大斷面巷道掘進工作中可以實現煤體截割、巷道臨時支護、巷道永久支護以及煤炭資源運輸等各項工作，充分保證整個巷道掘進工作的連續性和穩定性，全面提高錨桿支護工作的整體效率，同時在整個支護工作效果更加明顯節省了大量錨桿支護材料。在本次巷道掘進工作當中，使用的是EBZ200M-4掘錨探一體機設備來進行截煤和裝煤，并且配套使用DSJ-80帶式運輸機，對截割完成之后的煤炭進行運輸。通過使用MJXY250/600E型錨桿鉆機設備，對煤礦巷道的頂部進行支護和處理，通過使用手持式幫錨鉆機設備，對底角部分進行錨網支護施工。在具體的施工過程中，主要施工流程分為以下幾個方面：

第一，截割煤體。根據煤礦巷道掘進工作要求，對巷道的整體輪廓進行分析，一次截割2倍左右的錨桿間距，截割工作完成之后需要對鏟板位置存在的浮煤進行徹底清理。掘錨探一體機設備在煤礦巷道中心位置處停機，截割部分的巷道中心位置和迎頭間距大小為500mm左右。

第二，臨時支護施工。如圖2所示，在煤礦巷道表壁位置，通過人工吊掛防護網，同時在漏頂板位置設置出菱形網。通過啟動機載式臨時支護結構，合理使用掘錨探一體機設備，液壓泵對其進行供油工作通過操作換向閥，可以有效保證液壓油直接進入到分流集流閥內部。通過平衡閥和支撐油缸以及折疊油缸的作用，推動升降油缸內力柱不斷升高。通過調節三組油缸保證頂架調整到正常的工作高度和角度，當達到頂架錨網和頂板吻合之后停止施工。

圖2 臨時支護結構

第三，永久支護施工。主要指的是錨桿錨索支護工作，根據支護設計工作方案在煤礦巷道內部設置出錨桿鉆孔。錨桿鉆機設備需要準確找到錨桿的正確安裝位置，鉆孔工作完成之后需要向其中放入樹脂藥卷，對錨桿和錨索進行安裝。通過操作換向閥保證兩側的鉆錨滑軌向前伸出。在操作工作之前需要保證前部錨桿斷機換向閥，完成對整個鉆機的旋轉和定位，同時頂部錨桿和錨索可以使用后部的錨桿鉆機來進行施工和安裝。

4.掘錨探一體機設備在大斷面巷道掘進工作中的應用效果

(1)現場施工效果分析

掘錨探一體機設備在2019年3月，正式在該工作面巷道內部組裝完成，并且經過工作人員到反復實驗調試，在3月10日正式開始工作。單根錨桿的作業時間為4min，單根錨索的施工作業時間為12min。相比于普通的鉆機而言，錨桿錨索的整體施工效率分別提高了20%和50%，同時最大的進尺量為6.5m，煤礦巷道的掘進工作效率提升了30%。通過掘錨探一體機設備的有效應用，大大降低了人力資源的投入量，在煤礦工作面內部由原本的6個工作人員減少到4個工作人員，大大降低了人工成本的投入量，同時降低了工作人員的勞動強度，也控制了工作面內部的粉塵濃度。

(2)巷道支護效果

煤礦巷道支護工作效果分析，通過使用十字斷面測量法，對錨管支護工作之后的巷道表面位移情況進行了全面監測和分析，實際的監測工作結果，如圖3所示。通過圖3當中的數據分析可以看出，隨著煤礦巷道掘進工作面的不斷向前推移，煤礦巷道頂板的下沉量和兩邊的收縮量整體呈先急劇上漲后緩慢增長，最后趨于平穩的發展態勢，距離掘進工作面30m，工作范圍之內，屬于煤礦巷道圍巖頂板變化最為明顯的階段，同時頂板和煤幫的位移斜率相對較大，距離掘進工作面30～120m范圍內，屬于巷道圍巖緩慢變形階段，頂板兩邊的位移變化量相對較小，通行量分別為35mm和50mm。

圖3 巷道表面位移監測

通過在煤礦巷道頂板位置設置出兩個錨桿測力計設備，用于對錨桿的預應力大小進行監測。通過實際監測工作結果分析可以看出，錨桿的運力變化規律和煤礦巷道表面的位移變化規律盡量保持相同，同樣屬于先急劇上升后緩慢增加的發展趨勢。機載式錨桿鉆機具有更大的輸出扭距，可以為錨桿提供出強大的支撐力，支撐力大小可以達到60kN以上，當煤礦巷道產生變形問題時，錨桿的加固作用可以對煤礦巷道的變形起到有效的約束效果，錨桿的最終預緊力大小可以保證在90kN左右。通過煤礦巷道表面位移和錨桿預緊力監測數據分析可以得出，掘錨探一體機設備在使用工作完成之后巷道整體的變形量較小，整體的支護效果非常明顯，相比于原有的支護方法整體的穩定性大大提升，可以有效滿足煤礦巷道的安全回采工作要求。

5.結語

綜上所述，掘錨探一體機設備在大斷面巷道掘進工作當中的有效應用，全面提高了煤礦巷道掘進工作的整體效率和安全性，同時在整個斷面支護材料費用方面，也得到了全面控制，降低了不必要的人力資源投入量，實現煤礦開采工作單位的良好經濟效益和社會效益。