軟煤層條件下掘錨機在長平煤業(yè)中的應(yīng)用

張 瑋

（晉能控股煤業(yè)集團長平公司，山西 晉城 048006）

近些年，掘進速度低于回采速度成為了煤礦采掘關(guān)系緊張的主要矛盾點[1]。采煤工作面智能化程度越來越高，因此對采掘工作面的推進速度提出了更高的要求[2]。實現(xiàn)采掘設(shè)備的智能化操控，已成為采掘設(shè)備升級改造的重要方向[3]。目前長平公司煤巷采用的EBZ150（160）掘進機+CMM2-15（20）鉆車，底抽巷采用EBZ200（260） +180 N·m 液鉆，是目前國內(nèi)煤巷掘進中快速、高效、安全的設(shè)備[4-5]。

1 煤巷概況及存在問題

長平公司3#煤巷具有“三高、三軟、三多、一差”的特征（即高含量、高壓力、高應(yīng)力；煤層軟、頂板軟、底板軟；斷層多、陷落柱多、煤層含水層多；透氣性差）。開采區(qū)域埋深超過700 m，局部接近800 m。五盤區(qū)大巷為“四煤兩巖”六條大巷布置。如圖1。

圖1 五盤區(qū)大巷“兩巖四煤”布置剖面圖

瓦斯含量隨埋深逐漸增加，受泮溝南向斜、斷層、陷落柱影響大，而試驗應(yīng)用的五盤區(qū)膠帶機巷煤層埋深720 m，原始瓦斯含量15 m3/t。五盤區(qū)膠帶巷掘進期間殘余瓦斯含量為7.2 m3/t。工作面采用2×55 kW 風(fēng)機，風(fēng)量850 m3/min，工作面探頭在0.3%～0.4%，回風(fēng)探頭0.4%～0.5%，瓦斯涌出量3.4～4.25 m3/min。

目前，長平公司掘進工作面主要分為3#煤巷和底抽巷兩類，兩種掘進生產(chǎn)作業(yè)線主要存在工作面設(shè)備多、機械化程度不高、工作勞動強度大、設(shè)備管理難度大、作業(yè)工序不連續(xù)等問題。為了解決以上問題，在多方調(diào)研和數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有的EBZ160 綜掘機進行了升級改造。長平礦煤層及地表標(biāo)高變化趨勢如圖2。

圖2 長平礦煤層及地表標(biāo)高變化趨勢

2 掘錨機EBZ160M-4 型簡介

EBZ160M-4 型掘錨一體機是基于長平公司當(dāng)前3#巷掘進的現(xiàn)狀，對現(xiàn)有EBZ160 綜掘機升級改造研發(fā)的一部快速掘進裝備，實現(xiàn)了掘、錨二合一的快速掘進目標(biāo)，主要改造內(nèi)容有（如圖3）：

圖3 掘錨一體機改造結(jié)構(gòu)圖

（1）增加兩臺前鉆臂（轉(zhuǎn)矩300 N·m，轉(zhuǎn)速550 r/min，推進行程1660 mm，伸縮行程3.9 m）；

（2）改造鏟板部（由2.8 m 改造為后3.2 m）；

（3）配置電液比例控制閥實現(xiàn)了無線遙控技術(shù)，可實現(xiàn)截割、鏟板、行走、星輪、輸送、后支撐遠程遙控控制（遙控距離可達50 m）；

（4）新增了移動式鉆臂操作平臺和機載式臨時支護平臺（最大支撐高度5 m，支撐力20 kN）；

（5）設(shè)計面板切換閥實現(xiàn)截割系統(tǒng)和錨鉆系統(tǒng)的功能互鎖；

（6）增加兩臺后鉆臂（轉(zhuǎn)矩135 N·m，轉(zhuǎn)速350 r/min，推進行程1000 mm，伸縮行程3.9 m）。

3 掘錨一體機的應(yīng)用及不足

長平公司從2020 年2 月20 日開始，將改進后的EBZ160M-4 掘錨一體機應(yīng)用于3#煤膠帶機巷的快速掘進工作中，基本實現(xiàn)了安全掘進和高效掘進，同時也存在一些突出的問題亟待解決。

3.1 安全掘進

從本質(zhì)設(shè)計保障安全，通過切換閥實現(xiàn)截割和錨鉆系統(tǒng)的功能互鎖，裝備實現(xiàn)了本質(zhì)安全型；將原綜掘機+鉆車的設(shè)備合二為一，降低了設(shè)備管理難度；EBZ160M-4 掘錨一體機實現(xiàn)遙控操作，割煤簡單，提升了50%效率，使得設(shè)備管理簡單化；采用了操作平臺+機身平臺的一體化設(shè)計方式，平臺面積為（3.8 m×1.5 m），職工操作安全可靠，作業(yè)條件得到改善；掘錨一體機EBZ160M-4 割煤后，能夠及時升緊臨時支護，空頂時間為“零”，杜絕了迎頭頂板事故的發(fā)生。

3.2 高效掘進

原工作面在每個循環(huán)過程中存在4 次進退機，用時16 min。改造后的EBZ160M-4 一體機存在1次退機，用時1 min。每個循環(huán)節(jié)省15 min，減少了作業(yè)工序，提高了掘進效率。由于15 鉆車的平臺高度為1.1 m，無法滿足長平公司排放孔的施工要求，所以需要搭架作業(yè)，工序復(fù)雜。采用EBZ160M-4掘錨一體機后，操作平臺的高度2.2 m，很好地解決了施工排放孔的要求。目前16 個排放孔的時間在4 個小時，節(jié)省了30 min，加快了排放孔的施工速度。

EBZ160M-4 掘錨一體機采用機載液壓漲拉泵，漲拉1 根錨索用時1 min，較風(fēng)動漲拉泵快了2 min，每個循環(huán)節(jié)省時間20 min。該一體機共有4個鉆臂，其中兩個前鉆臂施工需要4 個人，后鉆臂需要2個人，迎頭的作業(yè)人員由原來的7人降為6人，降低了工人的勞動強度。使用EBZ160M-4 掘錨一體機后，進尺穩(wěn)步提高，周進尺最高49 m，日均進尺由原4.5 m 提升至7 m，提升效率將近50%。

3.3 掘進中存在的問題

改造后的EBZ160M-4 掘錨一體機在掘進工作中主要存在接地比壓大易臥機、鉆臂伸縮困難、鉆臂液管多易拌斷、鏟板寬度不足不易收煤、操作平臺滿足不了施工檢測孔的要求、推進器不滿足設(shè)計預(yù)緊力矩的要求、作業(yè)工序多等問題。通過應(yīng)用發(fā)現(xiàn)問題再做進一步的改善。

4 掘錨一體機的應(yīng)用完善

針對改造后的EBZ160M-4 掘錨一體機在掘進中突顯的問題，進一步完善改進后如圖4。

圖4 改善后的EBZ160M-4 掘錨一體機

（1）接地比壓大易臥機的原因為改造以后接地比壓由原來的0.14 增加到0.21，臥機的風(fēng)險增加。改進措施為將原來160 的履帶更換為200 的履帶，減少接地比壓。

（2）鉆臂伸縮困難的原因為鉆臂伸縮采用滑道的方式，伸縮過程中，由于平面滑動接觸，使得接觸面積大，造成伸縮期間摩擦較大，運行不靈活造成每次循環(huán)都不同程度的影響掘進時間。改進措施為鉆臂伸縮采用滾輪式，徹底解決伸縮困難這個難題。

（3）鉆臂液管多易拌斷的原因為鉆臂結(jié)構(gòu)有缺陷，設(shè)計時油管布置采用外露式，共有36 根，造成油管和監(jiān)測線經(jīng)常卡絆。改進措施為油管布置采用隱藏式，外露只有3 根油管。

（4）鏟板寬度不足不易收煤的原因為機身的寬度為3 m，鏟板的寬度為3.2 m，進刀收煤的時候容易掛機身，造成機組司機收煤不凈。改進措施為將鏟板的寬度增加到3.6 m，便于機組司機二次進刀收煤干凈。

（5）操作平臺滿足不了施工檢測孔的要求的原因為目前操作平臺為3.8 m×1.5 m，滿足不了施工檢測孔的要求。改進措施為根據(jù)檢測孔的布置圖，將平臺的寬度修改為4.5 m×1.5 m。

（6）推進器不能滿足設(shè)計預(yù)緊力矩的要求，作業(yè)工序多的原因為掘錨一體機的鉆臂推進器給的預(yù)緊力矩為245 N·m，滿足不了幫錨桿預(yù)緊力400 N·m 的要求，所以還需要用風(fēng)動扳手進行緊固。改進措施為將推進器的線性馬達的型號由L30-25更換為大扭矩的線性馬達L30-42，扭矩由原來的245 N·m 增加到800 N·m。

（7）從強化瓦斯抽采方向助推采掘提效。五盤區(qū)煤巷掘進期瓦斯含量在8 m3/t 以下，但由于煤層埋深大、煤體松軟、斜茬煤發(fā)育，影響截割速度和割煤效率。區(qū)隊在執(zhí)行“四位一體”防突措施中，遇到煤體變化、巷道應(yīng)力疊加等異常情況下，要恢復(fù)小循環(huán)掘進，瓦斯釋放孔的施工對生產(chǎn)有一定影響。因此，還需要持續(xù)加大瓦斯抽采力度，強化瓦斯“降量卸壓”，真正實現(xiàn)“高瓦斯頭面，低瓦斯掘進”的目標(biāo)。

5 結(jié)語

長平公司自2020 年2 月開始，將掘錨一體機EBZ160M-4 應(yīng)用于膠帶機巷的采掘中，截至目前，工作穩(wěn)定可靠且能夠滿足巷道的快速掘進要求，單班最高進尺5 m，日最高進尺8 m，月最高進尺216 m，平均每天進尺7 m，實現(xiàn)了掘、錨二合一的快速掘進，實現(xiàn)了煤巷掘進“安全、高效、達標(biāo)、文化”四方面的變化。