兗礦能源集團掘錨一體機應用經驗

趙學強

（兗礦能源集團股份有限公司設備管理中心 山東鄒城 273500）

隨著兗礦能源集團采煤智能化建設工作的有序開展，采煤裝備的更新換代較為迅速，回采智能化水平相對較高。巷道掘進作為煤礦生產的首要環節，技術與裝備水平發展相對遲緩，導致采掘失衡問題日益突出，為保證采掘協調發展，實現快速掘進、減員提效的目標，經兗礦能源集團充分調研，開展了掘錨一體機的探索實踐，并取得了較為顯著的效果。

1 兗礦能源集團掘進裝備技術探索歷程

兗礦能源集團作為國內知名大型煤炭企業，較早實現了煤巷掘進的機械化，先后應用過進口及國產的多款經典機型。2003年，公司引進了奧鋼聯ABM20S型掘錨一體機，并在鮑店煤礦投入使用，創造了最高月進1100m 的掘進記錄。同期，還引進了美國久益公司的連續采煤機在南屯煤礦進行房柱開采，積累了早期應用先進掘進裝備及工藝的經驗。

目前，兗礦能源集團的掘進主力裝備是EBZ160、EBZ220、EBH315型掘進機。近年來，鄂爾多斯能化石拉烏素、營盤壕煤礦各使用2 臺山特維克MB670 型掘錨一體機，月進尺達到500m 以上水平，轉龍灣煤礦應用久益EJM2×170 型掘錨一體機，目前月進尺已達到1100m 以上水平。金雞灘煤礦使用12CM15-10D 型連續采煤機，配套四臂錨桿鉆車、梭車、給料破碎機等設備，進行煤巷雙巷掘進，月進尺始終保持在2000m 的水平。

2 掘進裝備國內外發展現狀

2.1 國外掘進裝備技術發展現狀

在智能快速掘進技術單機設備方面，國外廠商早已開展了設備智能化研究。例如，久益、山特維克、多斯科等公司均對錨桿鉆機自動化進行了研究，并在智能截割理論和應用方面取得了一定的成果；澳大利亞開發的自動施工錨桿和自動鋪網技術成功應用于久益12ED30 型和山特維克MB670 型掘錨機［1］。國外掘錨機和全斷面掘進機擁有自動截割技術、輸送設備監測和自動控制技術，實現了全功能遙控、截割斷面監視。

2.2 國內掘進裝備技術發展現狀

我國對掘進、錨桿支護設備及自動化技術研究起步較晚，主要掘進支護方式為懸臂掘進機掘進配合單體錨桿鉆機進行支護，占比達到90%以上?！笆晃濉薄笆濉逼陂g，國內在重型掘進機、連續采煤機、掘錨一體機、全斷面掘進機的研制和應用方面取得了一定的突破。在遠程可視控制、自動截割輪廓成形控制、遠程遙控、工況監測及故障診斷等技術方面取得了部分成果。但是，我國現階段的煤礦巷道掘進技術在機械設備的應用上還存在著一定缺陷，未能將技術和機械更好地進行融合運用，在一定程度上影響了巷道掘進技術的有效實施，也不利于煤礦巷道掘進技術的未來發展。

3 兗礦能源集團掘錨一體機應用現狀

巷道掘進是煤礦實現礦井安全、高產、高效的關鍵環節，大多數煤礦存在采掘比例失調問題，為緩解巷道掘進引起的回采工作面采掘接續緊張問題，新工藝、新技術、新裝備不斷涌現［2］。掘錨一體機作為一種快速掘進裝備，對于解決采掘失衡的問題將起到關鍵作用［3］。兗礦能源集團積極探索掘錨一體機應用經驗，在山東本部礦井及陜蒙礦區開展了掘錨一體機應用實踐，取得了良好的應用效果。

3.1 鮑店煤礦7304膠帶順槽掘錨工作面

3.1.1 工作面基本情況

7304膠順位于七采區北部，北鄰7302智能綜放工作面，南鄰七采遠距離供液硐室，埋深-549～-355m，平均-452m；坡度3°～13°，平均7°。順槽設計長度1927m，目前已施工964m，剩余長度963m，巷道采用錨網支護，凈寬5.2m，凈高4.2m，巷道沿3煤底板掘進，平均煤厚9.04m。

3.1.2 設備配置

（1）EJM2×170 掘錨機：配備了5.2m 橫軸滾筒，可一次截割巷道全寬，EJM2×170掘錨機配有4臺頂錨桿機和4 臺幫錨桿機。4 臺頂錨桿和2 臺幫錨桿布置在靠近截割滾筒的后面，另外2 臺幫錨桿機布置在機器尾部，打巷道底部的錨桿。為了優化工作面的工作環境，掘錨一體機安裝了除塵裝置；掘錨機可以通過視頻集控及數據上傳實現遠程遙控和在線診斷功能。

（2）自移機尾：采用邁步式自移機尾實現承載段自動移動，自移機尾具備調偏功能，保證了運輸機運轉正常。且替代了原有使用掘錨機拉移進行機尾延伸，提高了掘進的施工效率。

（3）CMM1-36 單臂鉆車：單臂鉆車施工單軌吊軌道，自帶單軌吊梁儲梁機構和托舉裝置，縮短支護作業時間，降低工人勞動強度，提高了單軌吊軌道的施工效率。

（4）DSJ100/2×185kW 膠帶輸送機：實現大容量儲帶，減少延接皮帶次數；輸送帶寬1m 滿足煤流輸送要求；機頭配備可視化集中控制系統減少用工人數。

（5）巡檢機器人：自主行走的巡檢機器人可以實現對整部皮帶機的視頻監控、音頻拾取、紅外測溫、煙霧檢測，并通過無線傳輸到集控中心，協助皮帶機司機動態掌握皮帶整體運行狀態，便捷、高效地實現皮帶巡檢工作。

（6）集控中心：集移動變電站、變頻、組合開關、通訊為一體，可遠程實現對整個系統參數設置、狀態查詢及控制系統運行，有以下具體功能。第一，通過在掘錨一體機上安裝高清攝像頭、無線基站、調平傾角傳感器在集控中心內實現掘錨機遠程遙控截割，形成7304膠帶順槽傳感器物聯網。第二，通過地面遠程控制臺、井下集控中心、可視化移動終端、高清攝像頭實現后路煤流運輸設備一鍵啟停，形成7304 膠帶順槽移動互聯網。第三，通過千兆光纖環網對掘錨機、膠帶輸送機、集控中心運轉數據的時時監測、采集、存儲，組建青島、包頭、兗礦本部數據云平臺，實現設備的在線檢測和故障處理，形成7304膠帶順槽大數據庫。

3.1.3 生產組織

7304 膠順正常掘進期間采用四六制組織生產，3個班次生產，早班檢修。

3.1.4 跟班寫實情況

初期生產期間，7304 掘錨工作面每班按1 排組織生產，其余時間重點進行掘錨機機載錨桿鉆機操作、支護練習，提高現場施工人員對設備的操作熟練程度和作業效率。據統計，掘錨機截割1排（進尺1m）平均用時約11min，最短截割用時6min，最長27min；臨時支護用時平均約8min，最短用時4min，最長16min；支護1排平均用時約41min，最短用時17min（幫部施工2根錨桿），最長用時73min，施工一個工序的平均用時約為60min。

依據現場寫實數據，7304 掘錨工作面最高日進尺達到26m，月進尺達到600m 水平，效率較綜掘工作面提高1倍以上。

3.2 轉龍灣煤礦23204輔運巷

3.2.1 地質情況

23204 輔運順槽位于232采區西部，北側到西部輔運大巷，西側到23204膠運順槽，南側到礦井井田邊界保安煤柱，東側為未開拓區域，工作面200m范圍內，相鄰礦井無采掘活動。23204輔運順槽設計長度5984m，掘寬5.6m，掘高3.95m，巷道沿Ⅱ-3 煤底板掘進，平均煤厚4.73m。

3.2.2 支護設計

錨桿直徑、長度：23204 輔運順槽頂部選用直徑20mm、長度2200mm 的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿；幫部選用直徑18mm、長度1800mm的樹脂錨桿。

錨桿間排距：頂部布置7 根錨桿，錨桿間排距為900mm×1000mm，兩幫部各布置4 根錨桿，間排距為1100mm×1000mm。

錨桿錨固方式：頂部錨桿選用2 卷樹脂錨固劑錨固，頂部錨索選用3卷樹脂錨固劑錨固，幫部錨桿選用1卷樹脂錨固劑錨固。

錨桿錨固力：頂部錨桿為150kN，兩幫錨桿為60kN。

錨索支護：2排2根錨索，錨索排距2m。

通過優化支護參數，單班最高進尺由14排提高到16 排。2019年11月至2020年6月，累計掘進進尺4520m，月最高進尺1126m，實現了高效掘進。

4 掘錨一體機應用經驗

4.1 應用優勢

從以上掘錨機應用實踐可以看出，掘錨一體機在提高巷道掘進效率上較傳統的綜掘機有明顯的優勢，具體表現為以下幾點。

（1）采用全斷面橫向滾筒，其截割部不需要左右擺動，使錨桿支護工作能夠在掘進臂兩側進行而不會受到掘進臂工作的影響［4］。由于操作動作簡單，且目前均使用遙控操作，更加有利于智能化的實現。鮑店7304膠順掘錨一體機安裝了截割部傾角傳感器，可實時監測截割滾筒升降高度，實現在集中控制中心遠程遙控截割功能，下一步將開展自動定位截割的試驗與研究。

（2）掘錨一體機的投用，解決了傳統綜掘施工工藝安全系數低、作業環境差、勞動強度大的問題［5］。掘錨一體機自帶頂、幫錨桿鉆機，無需退機作業便可完成對巷道的永久支護，錨桿鉆機全液壓控制，鉆進速度快，扭矩大，且操作靈活可靠，人員有較大的操作空間，在安全作業的同時可顯著提高掘進效率，降低工人勞動強度。

（3）掘錨一體機由于截割速度快，運輸煤量大，因此后配套運輸系統必須滿足運煤量的需求，目前所有的掘錨工作面均配套1m 帶式輸送機，鮑店7304、轉龍灣23204 工作面均配套了自主研發的1m 帶式輸送機自移機尾及加長的帶式轉載機，一次拉移機尾可有效掘進24m，在滿足運量的同時，可減少機尾拉移次數，提高掘進效率。

4.2 存在問題

雖然掘錨一體機具有掘進速度高、安全舒適性好等諸多優點，但在掘錨一體機的使用過程中，也存在一些不足之處，可歸納為以下幾點。

（1）掘錨一體機的適應性不高。在煤層賦存條件較高的礦井容易發揮掘錨機的性能，但在頂幫煤層較破碎、斷層頻出的礦井難以得到很好的應用。由于掘錨一體機截割速度快，易出現應力集中的現象，巷道兩幫壓力顯現明顯，易片幫、折幫現象。另外，由于掘錨一體機滾筒為橫軸式，截割面積較大，對于斷層的通過能力較差。

（2）目前所使用的掘錨一體機主要以國外產品為主，設備資金投入力度較大。掘錨一體機設計及原理較為復雜，故障排查困難，配件更換難度大；而且進口設備還面臨配件到貨慢且價格昂貴的問題，維護保養成本高。國內產品相較國外產品在設備可靠性上還存在一定的差距。

（3）掘錨一體機機載錨桿鉆機布置比較緊湊，施工時錨桿的角度控制受到限制，由于國內巷道頂板布置錨桿數量一般較多，因此錨桿的施工角度無法保證。

（4）掘錨一體機的體積龐大，整機重量較傳統綜掘機高出較多，而且整機基本跟巷道施工寬度相當，因此在進行拐彎施工等復雜工藝施工時對掘進速度有較大制約，靈活度不足。

（5）掘錨一體機的機載除塵系統由于受到空間的限制，除塵效果普遍不好，產塵較大，會對截割視線造成一定的影響，同時對職工的安全健康較為不利。

5 下一步發展規劃

目前，煤礦快速掘進系統是國內外煤礦所普遍認同的發展方向，尤其在內蒙古、陜西等多數地質條件較好的礦井，掘錨一體機日益得到普及，其在國內的發展必將越來越迅速。兗礦能源集團著眼于目前實際，在當前應用經驗的基礎上，將重點做好以下幾點。

（1）在山東本部地質條件較好的礦井逐步推廣掘錨一體機應用，在充分總結經驗的基礎上，不斷對設備進行升級改造，提高掘錨一體機的適應能力。同時，優化生產工藝流程，不斷摸索有益經驗，發揮掘錨機最大效能。

（2）陜蒙地區由于地質條件較好，下一步將作為掘錨一體機的重點推廣基地。在推廣掘錨一體機的同時，合理配置后配套系統，保證工作面設備整體工作效能的最大化，解決陜蒙礦區日益嚴重的掘錨失衡問題。

（3）積極響應國家智能煤礦建設要求，在智能掘進工作面的建設上，重點推進智能掘錨工作面的建設。充分利用掘錨一體機適合開展智能化應用的技術特點，開展掘錨機自動定位截割、自動錨護等的研究與實踐，整合工作面的不同子系統，設計開發高層次的采掘智能控制系統，裝備由單機智能化向成套裝備智能化轉變，并通過功能口加強對多媒體、圖形等的處理［6］。在實踐中不斷總結經驗，建設國內領先的智能掘錨工作面。

（4）組織開展掘錨一體機技能人才的培養工作。高性能的設備離不開高素質的人才，在下一步的推廣工作中，重點加大人才的培訓力度，使現場作業人員不僅要會使用設備，還要做到懂原理、會修理，要將設備用好。

（5）開展國產掘錨一體機的應用實踐。當前，國內很多煤機生產企業紛紛投入到掘錨一體機的研制中來，很多的設備已經比較成熟。下一步，兗礦能源集團將組織開展國產掘錨一體的調研考察活動，逐步進行國產設備的應用實踐，在保證應用效果的同時降低設備成本投入。