掘錨機在彬長礦區的應用探究

張 典，馮海龍

(陜西正通煤業有限責任公司，陜西 咸陽 713699)

1 背景

彬長礦區煤炭資源豐富，賦存條件較好。經過對彬長礦區已建礦井煤巷掘進期間的情況調研發現，存在一個共性問題即煤層硬而松散，底板偏軟，開掘后圍巖破碎，頂板極易垮冒。彬長礦區所有礦井均為新建礦井，是較為年輕的礦區，建井時間短，為盡快達產，礦井初期采面布置走向長度偏短，服務期限較短，而普通的綜掘工藝布置工作面的速度與回采速度相差無幾，準備煤量始終不足，因此導致礦井始終處于采掘接續緊張的局面。為此，尋找一種更加高效的煤巷掘進設備成為解決這一困境的最為可行的方法。

煤巷快速掘進設備包括綜掘機、掘錨機、連采機及最為先進的“煤海蛟龍號”煤巷快掘設備。但根據以上彬長礦區的地質情況介紹，顯然連采機及“煤海蛟龍號”煤巷快掘設備無法應用。而掘錨機與綜掘機相似度極大，只要綜掘機能夠適應的環境，推斷掘錨機也有較大的可能適應，因此掘錨機是目前最佳的綜掘機替代品。而因為缺乏經驗，彬長礦區多家煤礦與目前市面上產品較好的幾家掘錨機廠家商討對掘錨機進行適應性改造后投入使用，但效果較差，均以失敗告終。為何在世界范圍內早已成熟推廣的掘錨機在引進到彬長礦區使用后均會失敗，怎樣才能讓掘錨機在彬長礦區成功應用。接下來，筆者將根據親身實踐以及對彬長礦區礦井掘錨機的應用調研情況，主要圍繞以上兩個關鍵問題展開論述。

2 市場在用掘錨機優劣分析

2.1 各掘錨機主要技術參數

目前市場在用掘錨機：山特維克MB670-1掘錨機、鐵建重工ZJM4200掘錨機和久益公司EJM2×170掘錨機的主要技術參數如表1、表2、表3所示。

表2 鐵建重工ZJM4200掘錨機技術參數

表3 久益EJM2×170掘錨機技術參數

2.2 各設備優劣情況分析

2.2.1 山特維克MB670-1掘錨機

2.2.1.1 優勢。①設計了前后支撐，且撐距達到0.5m，對于后期掘錨機現場檢修有利；②底盤離地高度270mm，高度較其他廠家同類產品高；③前排打頂的兩側錨桿機實現了打幫功能，減小了空幫面積；④設備整體設計較為合理，市場應用占比高。

2.2.1.2 缺陷。①頂錨桿機中心線距截割滾筒前段距離2.3m，導致空頂面積較大，對安全生產不利；②履帶寬度偏窄，對地比壓大于正通煤業底板巖石抗壓強度，易沉陷；③無對應型號的后配套設備；④頂幫錨桿機間距為1.3m，無法實現頂幫同步支護。

2.2.2 鐵建重工ZJM4200掘錨機

2.2.2.1 優勢。①前排頂板錨桿機實現了滑移，可將空頂距縮短至0.8m；②底盤離地高度增加至300mm，高度已為同類產品最高；③履帶寬度也已達同類產品最寬，為880mm，對地比壓降至正通煤業公司煤炭抗壓強度，有效避免設備沉陷；④頂板錨桿機支護富余量為0.8m，對于處理一定程度的頂板冒落具有一定優勢；⑤頂幫錨桿機間距具有可調功能，能夠實現頂幫支護同步；⑥鏟板下壓460mm，更能適應底板沉積不平的施工環境；⑦有對應型號的后配套設備，能夠實現分區支護，大大提高支護速度。

2.2.2.2 缺陷。①錨桿機只能單一方向擺動，靈活性較差；②設備還從未在實際生產中應用，設備性能具有不確定性；③后配套橋式皮帶體積過于龐大，一方面不利于井下運輸，另一方面對于底板不平的巷道適應性較差；缺少前部支撐，如設備出現沉陷或者履帶等需維修，難度較大；④為實現錨桿機滑移至鏟板上方，人為將鏟板高度降低了0.4m，可能導致煤矸外翻，增加人工清矸量，甚至可能對機體行駛造成影響。

2.2.3 久益公司EJM2×170掘錨機

2.2.3.1 優勢。①前排頂錨桿機兩側兩部錨桿機實現了打幫功能，減小了空幫距離；②底盤離地高度270mm，高度較其他廠家同類產品高；③頂板錨桿機實現了多向擺動，靈活性較大。

2.2.3.2 缺陷。①頂錨桿機中心線距截割滾筒前段距離2.04m，空頂面積偏大，對安全生產不利；②履帶寬度偏窄，對地比壓大于正通煤業底板巖石抗壓強度，易沉陷；③設備未設計前探頂棚，缺少臨時支護；④整機結構設計還有待優化，較以上兩家有差距。

3 國內掘錨機使用現狀

因為孟村礦及正通煤業公司煤層的地質特性在彬長礦區極具代表性，所以下面主要以該兩家煤礦掘錨機的使用情況展開描述。

孟村礦采用久益EJM2×170掘錨機，其配備4臺高效頂板錨桿機，用于打設頂板錨桿和錨索，2臺側幫錨桿機，用于打側幫錨桿或頂錨桿。其截割寬度5 000mm～5 800mm，截割高度范圍3 500mm～4 200mm。自2020年12月22日投入試運行，截至2021年4月20日累計掘進施工785m，平均月進尺196m/月。孟村礦煤巷頂幫圍巖破碎，底板遇水較軟，施工環境較差。

正通煤業公司采用鐵建重工ZJM4200C掘錨機，其同樣配備4臺頂板錨桿機及2臺側幫錨桿機，其截割寬度5 500mm～6 200mm，截割高度范圍3 500mm～4 200mm。設備自2018年8月26日投入試運行，直到9月7日撤出，累計掘進施工26m。正通煤業公司煤層埋深較大，礦壓顯現明顯，又因巷幫圍巖破碎，頂板層理發育且粘連性差，容易垮冒，底板基地較為不清且為泥巖遇水軟化，工作環境較差。

另外，通過對內蒙古礦區幾家煤礦掘錨機使用情況的調研，內蒙古煤層賦存較陜甘煤層好，一般情況下煤層頂板完整，煤層層理間距大，層與層之間粘連性較好，頂板不易離層、垮落。以鄂爾多斯的巴彥高勒煤礦為例,其煤巷幫部溜幫嚴重、底板偏軟，但頂板條件較好，采用山特維克MB670型掘錨機施工，月進度保持500m以上。

表4 彬長及內蒙古礦區已用掘錨機月度進尺情況統計

4 關鍵原因分析

通過以上對比分析可知：①頂板條件的好壞對掘錨機掘進速度影響較大，掘錨機成功應用的關鍵在于頂板控制。②彬長礦區煤礦順槽底板偏軟，掘錨機的接地比壓及底盤離地高度對掘進速度的影響也不容小覷。③對幫部圍巖的控制，雖然片幫問題對掘進速度影響不大，但如果實現幫部支護拖后不大于2排，那么掘錨機掘進速度也將會出現一定增幅。

5 探究應用

通過對以上掘錨機關鍵因素及掘錨機優劣情況的分析，正通煤業有限責任公司已與中國鐵建重工合作，就彬長礦區的掘錨機改造方案召開了多次會議，進行了深入的研究探討，不斷對目前市面上的掘錨機結構進行改造完善。目前初步方案已經確定，改造版掘錨機底盤高度較之前的270mm提高到300mm，履帶寬度由700mm增加至880mm，接地比壓由0.25降至0.17，頂板永久支護空頂距由2.5m縮小至0.35m，幫部永久支護由4.5m縮小至2.5m，很好地解決了以上影響掘錨機快速掘進的主要問題。首臺改造升級版掘錨機已在制作，2021年7月份在彬長大佛寺煤礦投用。

6 總結

掘錨機作為目前綜合性能較好的煤礦煤巷快掘設備，按照當前國內煤礦分布情況，山東、河南及東北等區域井田已幾近資源枯竭，國內主力礦井基本位于陜甘蒙疆區域，而該區域地質條件又以陜甘地區較差，故如果在彬長礦區投用成功，那么該改造后機型將幾乎能適應所有煤礦，相信在不久的將來掘錨機將會全面替代綜掘機成為煤礦煤巷掘進的主力設備，綜掘機時代將會逐步成為歷史。

此外，隨著智能化時代的到來，煤礦智能化建設也在逐步進行，當前最好的智能化礦井渝北小保當、曹家灘已具有了較高的智能化水平，尤其是小保當煤礦是目前國內唯一具有智能掘進系統且已投入運行的煤礦。該套系統就是以掘錨機為基礎改進而來，雖該套系統環境適應性較差，但作為智能掘進的初次嘗試，效果已達到預期。之所以選定掘錨機作為智能掘進的研究基礎，是因為它是目前最具智能化改造潛力的掘進設備。因此，接下來礦山掘進智能化建設必定還會圍繞掘錨機為中心來開展，它可能不是唯一的能夠進化為智能掘進的設備，但它必將是第一個進化成功的智能掘進設備。