下霍煤礦1306回風(fēng)順槽掘錨護(hù)一體化技術(shù)應(yīng)用

暴廣昌

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)長治三元中能煤業(yè)有限公司，山西 長治 046600）

長期以來，煤炭一直是我國的主要消費能源，雖然目前國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，能源消費結(jié)構(gòu)中煤炭占比有所降低，但在未來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)其主要消費地位不會改變［1］。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，采礦方法和設(shè)備也有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。比如，綜采、綜掘、綜放等機(jī)械化程度較高的開采技術(shù)已廣泛應(yīng)用，且采煤工作面智能化開采技術(shù)已成功使用。但相對而言，掘進(jìn)工作面機(jī)械化或智能化程度往往較低，導(dǎo)致我國煤礦開采中經(jīng)常出現(xiàn)采掘失衡，巷道掘進(jìn)速度遠(yuǎn)不能滿足采煤需求，且有逐漸加?。?-3］趨勢。

巷道掘進(jìn)速度主要受制于臨時支護(hù)環(huán)節(jié)。目前應(yīng)用較廣泛的臨時支護(hù)主要包括前探梁式支護(hù)和柱式支護(hù)。永久支護(hù)主要包括架棚支護(hù)和錨桿支護(hù)，其中錨桿支護(hù)為應(yīng)用最廣泛的巷道支護(hù)形式。但因錨桿支護(hù)工藝相對復(fù)雜，與掘進(jìn)作業(yè)相互制約，直接影響到巷道高效快速掘進(jìn)。為此，國內(nèi)外眾多專家學(xué)者提出了掘錨護(hù)一體化綜掘技術(shù)。該技術(shù)可解決掘進(jìn)與支護(hù)作業(yè)相互制約的問題，有效提高掘進(jìn)效率，緩解礦井采掘接續(xù)緊張問題［4-6］。本文以下霍煤礦1306回風(fēng)順槽為工程背景，分析EBZ-160 掘進(jìn)機(jī)的機(jī)型結(jié)構(gòu)和特點，旨在實現(xiàn)機(jī)載錨桿鉆機(jī)、臨時支護(hù)裝置與掘進(jìn)機(jī)的有機(jī)結(jié)合，提高下霍煤礦1306回風(fēng)順槽掘進(jìn)效率。

1 EBZ-160 綜掘機(jī)機(jī)型組成及特點

EBZ型掘進(jìn)機(jī)為縱軸式掘進(jìn)機(jī)，僅有一個截割頭，適用于軟弱煤巖體巷道掘進(jìn)，效率高且適應(yīng)性強，在煤礦巷道快速掘進(jìn)中得到廣泛應(yīng)用，見圖1。

圖1 EBZ-160 綜掘機(jī)實物

EBZ-160 綜掘機(jī)型號中，E代表掘進(jìn)機(jī)、B代表懸臂式、Z縱軸式、160 表示截割功率為160 kW。EBZ-160 綜掘機(jī)主要由截割機(jī)構(gòu)、鏟板機(jī)構(gòu)、運輸系統(tǒng)、本體結(jié)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、支承結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、水和潤滑系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)組成。EBZ-160 綜掘機(jī)主要結(jié)構(gòu)及組成如下：

1）截割機(jī)構(gòu)包括截割頭、伸縮裝置、減速機(jī)和電機(jī)，伸縮裝置的設(shè)置有利于配置錨桿鉆機(jī)。

2）鏟板機(jī)構(gòu)包括主體、側(cè)鏟板、驅(qū)動裝置以及從動輪，鏟板機(jī)構(gòu)可將截割機(jī)構(gòu)截割下來的煤巖或其它物料轉(zhuǎn)運至運輸系統(tǒng)。

3）運輸系統(tǒng)包括前、后溜槽以及張緊和驅(qū)動裝置。

4）本體結(jié)構(gòu)包括回轉(zhuǎn)臺、回轉(zhuǎn)油缸以及本體主架，本體結(jié)構(gòu)用于連接截割機(jī)構(gòu)、鏟板機(jī)構(gòu)、運輸系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)、支承結(jié)構(gòu)五大結(jié)構(gòu)，同時其上方設(shè)置液壓泵站。

5）行走機(jī)構(gòu)包括履帶、驅(qū)動輪、減速機(jī)和驅(qū)動結(jié)構(gòu)組成。

6）支承結(jié)構(gòu)設(shè)置在本體結(jié)構(gòu)后方，主要用于減少掘進(jìn)機(jī)工作期間機(jī)體振動、滑動。

7）液壓系統(tǒng)主要有操作臺、油箱、柱塞泵、多路閥、油缸、冷卻器等組成。

8）水系統(tǒng)將外來水過濾、分流、減壓，實現(xiàn)油缸、截齒降溫以及截割滅塵等功能。

9）潤滑系統(tǒng)可實現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)潤滑。

10）電氣系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)共同實現(xiàn)各機(jī)構(gòu)聯(lián)動，完成掘進(jìn)工序，包括防爆操作箱和電控箱、截割電機(jī)、油泵電機(jī)及其它配套電機(jī)設(shè)備。

2 EBZ-160 綜掘機(jī)掘錨護(hù)一體化改造

EBZ-160 型掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)設(shè)置的伸縮裝置有利于配置錨桿鉆機(jī)。因此，在該位置安裝錨桿鉆機(jī)可實現(xiàn)巷內(nèi)平行和垂直旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)巷道頂、幫支護(hù)作業(yè)。同時，在掘進(jìn)機(jī)頂、幫安裝臨時支護(hù)裝置，通過掘進(jìn)機(jī)行走實現(xiàn)錨桿鉆機(jī)和臨時支護(hù)裝置聯(lián)動作業(yè)，錨桿鉆機(jī)和臨時支護(hù)裝置分別固定于截割機(jī)構(gòu)升降油缸和截割機(jī)構(gòu)頂部。

錨桿鉆機(jī)和臨時支護(hù)裝置有液壓系統(tǒng)提供動力。該液壓系統(tǒng)與掘進(jìn)機(jī)共用，原液壓系統(tǒng)需增設(shè)液壓管路和控制系統(tǒng)，改裝后的液壓系統(tǒng)分別設(shè)置錨桿鉆機(jī)控制系統(tǒng)和臨時支護(hù)裝置控制系統(tǒng)，且彼此獨立，可實現(xiàn)相互閉鎖。掘進(jìn)作業(yè)時，截割機(jī)構(gòu)行走帶動錨桿鉆機(jī)，實現(xiàn)錨桿鉆孔作業(yè)，從而實現(xiàn)掘錨護(hù)一體化。

3 掘錨護(hù)一體化綜掘技術(shù)

3.1 工程概況

下霍煤礦位于山西省長治市長子縣境內(nèi)，開采3 號煤層，生產(chǎn)規(guī)模2.40 Mt/a。井田總體為一走向NNE、傾向NW，傾角4°左右的單斜構(gòu)造，局部為EW向，。1306 工作面開采煤層平均厚度5.3 m，平均傾角6°。工作面北側(cè)為1305 采空區(qū)，其余三個方向均為保護(hù)煤柱。煤層直接頂為厚0.86～9.35 m的砂泥巖，基本頂為厚2.55～16.50 m的中細(xì)粒砂巖，直接底板為厚0.30～6.31 m的砂泥巖，基本底為厚1.05～4.83 m的細(xì)粒砂巖。1306回風(fēng)順槽服務(wù)于1306 工作面，用于回風(fēng)及輔助運料，巷道設(shè)計掘進(jìn)長度1 470.6 m，設(shè)計掘進(jìn)斷面為矩形斷面，斷面凈高3.50 m，凈寬4.60 m，凈斷面積16.10 m2。

3.2 支護(hù)方案設(shè)計

下霍煤礦1306回風(fēng)順槽設(shè)計采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方式，巷道支護(hù)斷面見圖2，具體參數(shù)如下所示：

圖2 巷道支護(hù)斷面

（1）頂板支護(hù)：采用規(guī)格直徑22 mm、長度2 400 mm的左旋螺紋鋼高強度錨桿，間排距為800 mm×800 mm，每排6 根，每排錨桿采用W鋼帶連接。同時，頂板采用錨索進(jìn)行加強支護(hù)，錨索規(guī)格為直徑18.9 mm、長度7 300 mm的高強度礦用錨索，間排距為1 800 mm×2 000 mm，頂板鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)，規(guī)格4 800 mm×1 200 mm。

（2）幫部支護(hù)：采用規(guī)格直徑22 mm、長度2 200 mm的螺紋鋼錨桿，間排距為800 mm×1 000 mm，每排5 根，每排錨桿采用W鋼帶連接，兩幫鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)，規(guī)格3 400 mm×1 200 mm。

3.3 掘錨護(hù)一體化工藝

掘錨護(hù)一體化主要有掘進(jìn)截割、臨時支護(hù)和永久支護(hù)組成，具體工藝流程為掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)截割并行進(jìn)→進(jìn)行臨時支護(hù)作業(yè)→架設(shè)頂梁并掛網(wǎng)→施工頂板錨桿、錨索→鋪設(shè)幫部塑鋼網(wǎng)→施工幫部錨桿→掘進(jìn)機(jī)鏟板機(jī)構(gòu)清理底煤。

掘進(jìn)作業(yè)時，應(yīng)預(yù)先準(zhǔn)備好頂網(wǎng)和托梁，掘進(jìn)后將頂網(wǎng)和托梁放置在臨時支護(hù)裝置上方，利用液壓系統(tǒng)，促使臨時支護(hù)對頂板具有一定的初撐力，從而實現(xiàn)超前臨時支護(hù)的效果。之后，施工頂板錨桿、錨索，固定頂網(wǎng)和托梁，再鋪設(shè)幫部塑鋼網(wǎng)、施工幫部錨桿。最后，回撤臨時支護(hù)裝置，實現(xiàn)單循環(huán)作業(yè)。

4 試驗效果和效益分析

掘錨護(hù)一體化綜掘技術(shù)在下霍煤礦1306回風(fēng)順槽進(jìn)行了工業(yè)性試驗，該技術(shù)的成功實施改變了現(xiàn)有高危、低效、高勞動強度的人工錨桿支護(hù)工藝，實現(xiàn)了高效安全的掘錨護(hù)連續(xù)施工作業(yè)，有效地提高了工作面掘進(jìn)效率。采用原有掘進(jìn)工藝，工作面月進(jìn)尺250 m，采用掘錨護(hù)一體化工藝后，月進(jìn)尺達(dá)350 m，提高了40%，月新增煤炭效益80萬元。同時實現(xiàn)了工作面減人，節(jié)省了人工成本，年節(jié)省人工成本50 萬元。該技術(shù)的成功應(yīng)用緩解了采掘工作面接續(xù)緊張局面，降低了工人勞動強度，改善了掘進(jìn)工作面作業(yè)環(huán)境，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

5 結(jié)論

1）對EBZ-160 綜掘機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改造，通過在掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)升降油缸和截割機(jī)構(gòu)頂部設(shè)置錨桿鉆機(jī)和臨時支護(hù)裝置，實現(xiàn)了機(jī)載錨桿鉆機(jī)、臨時支護(hù)裝置與掘進(jìn)機(jī)的有機(jī)結(jié)合。

2）對下霍煤礦1306回風(fēng)順槽支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化，確定了掘錨護(hù)一體化綜掘技術(shù)工藝。應(yīng)用該項技術(shù)后，實現(xiàn)了高效安全的掘錨護(hù)連續(xù)施工作業(yè)，工作面掘進(jìn)效率提高了40%，月新增煤炭效益80 萬元，同時實現(xiàn)了工作面減人，節(jié)省了人工成本，年節(jié)省人工成本50 萬元。