掘錨一體機快速掘進技術研究

張少鵬

（晉能控股煤業集團燕子山礦， 山西 大同 037003）

引言

在煤礦開采巷道掘進過程中常常出現采掘失調的問題。傳統開采設備主要采用懸臂式綜掘機，通過將掘進機與錨桿鉆機相匹配來進行。在工作過程中，掘進和支護相互協調進行，出現的問題是鉆孔效果不理想，工人的勞動負擔比較大，操作工程任務煩瑣，且作業過程中成本比較高，大大阻礙了在規定的時間內對巷道的掘進。基于此，針對掘錨一體機快速掘進技術展開研究。

1 2212 巷概況

燕子山礦C3 號層302 盤區2212 巷煤厚5.5～6.7 m，平均6.1 m；巷道設計長度2 540 m，巷道斷面寬×高=5.2 m×3.5 m，采用EJM2×170 六臂掘錨一體機掘進。巷道埋深400～420 m，上覆為4 號層采空區（2018 年10 月回采結束），層間距20～25 m。偽頂厚0.8 m，直接頂厚6.45 m，老頂厚28.57 m，偽頂質地為碳質泥巖，直接頂質地為泥巖、高嶺巖，老頂質地為粉砂巖、高嶺巖[1]。整個巷道通過錨網索進行支護，頂部采用錨桿的數據為Φ20 mm×2 400 mm，每排6 個進行布置，且間排距為1 000 mm、1 000 mm，在幫部使用錨桿的數據為Φ18 mm×1 700 mm，每排3 個進行布置，且間排距為1 000 mm、1 000 mm，2212 巷道支護斷面圖，如圖1 所示。

圖1 2212 巷道支護斷面圖（單位：mm）

2 EJM2×170 機組及主要特點

2.1 EJM2×170 機組

EJM2×170 掘錨機主要包括防塵系統、鏟裝系統、電器系統、截割系統、驅動系統等，如圖2 所示。

圖2 EJM2×170 掘錨一體機整機圖

EJM2×170 掘錨機的詳細數據為：機體總質量為85 t，機身總長為12.09 m，截割深度為3.3 m 左右，依據巷道的相關設計可以相應地設置截割的參數。掘錨機的工作功率為650 kW，如表1 所示為掘錨機的相關參數。

表1 EJM2X170 相關參數

2.2 主要特點

2.2.1 割煤快，成型好

掘錨一體機中滾筒形狀與過去有所改進，采用圓柱形的滾筒，在一體機中共采用兩個伸縮滾筒和三個截割滾筒，通過對巷道掘進的實際情況來設定具體的滾筒寬度。在進行掘進的過程中，采用全斷面截割的方式，能夠明顯提高工作效率，且掘進后的巷道成型好。如表2 所示，為截割部位的參數。

2.2.2 支護快，質量高

錨桿機部是由側幫錨桿機、頂板錨桿機、操作平臺架構起來。其頂板錨桿機的位置處于鏟板的后方，其優勢是在進行橫向排列布置的過程中，能夠保證錨桿工作范圍最大化。且采用的液壓錨桿鉆機與之前的鉆機不同，傳遞動力強，支護效果好，保證了掘進和支護可以協調進行工作，從而有效地增強掘進速度。

2.2.3 空頂距小

鏟板部主要包括從動輪裝置、側鏟板、護板、主鏟板等[2]。根據對巷道掘進復雜的工作環境下，選擇犁式鏟板，這樣設計的目的是能夠大幅降低控頂距，進一步增加了機組和頂板的匹配度。

3 影響快速掘進的主要因素及調整措施

3.1 影響條件

3.1.1 地質條件

對巷道進行掘進時，周邊的環境對一體機產生較大的影響，采用掘錨一體機時只能適用于巷道周邊地質不復雜的情況下進行。然而在實際操作時，掘錨一體機運轉的過程中面對頂板裂開現象，且一體機首部和作業部位之間的位置較小，無法提前對頂板進行預解決。另外，巷道遭遇到斷層等影響，產生大范圍的硬巖，應該通過安置震動炮的辦法去除大面積硬巖，從而能夠實現快速掘進的目的。

3.1.2 控頂距

在巷道掘進的過程中，控頂距值大小直接對其工作效率產生影響，站在安全施工的角度看，應該根據掘進情況確定控頂距。當控頂距設置的參數值不高時，例如采用“一掘一支”方式，則需要考慮到停掘的過程，在完成一個支護排距后需要停掘。能夠確保在安全工作的條件下，小幅度的提高控頂距，大大加速巷道掘進。

3.1.3 探巷環節

在進行煤礦巷道掘進時，一貫采用的理念是“有疑必探，先探后掘”，通常來說，探放水鉆孔超前距有一定的限制，其值不能低于30 m。由于在大同礦機中各區域的煤礦周圍環境不同，因此采用的探巷裝備也有所差別，投入技術多的探巷設備有效地探測距離長，探巷的次數少，所以在巷道掘進的過程中其受到的影響不大；然而，通常礦井使用的探巷鉆機只能在較短距離的范圍下進行探巷，而且探巷次數較多，對巷道掘進影響較大，延長掘進時間。

3.1.4 巷道支護

在掘進環境下，巷道支護所耗費的時間占一半以上，較長的支護時間對巷道掘進的影響比較大，不能夠短時間內進行高效掘進。為了能夠達到高效掘進的目的，且在安全范圍內，不斷的對支護參數進行修改，減少工作環節。

3.2 實現快速掘進的主要措施

1）采用頂板條件相對穩定巷道。為了保證掘錨一體機在過程的過程中能夠有效地發揮巷道掘進性能，應該選擇頂板條件簡單的巷道進行，這樣能夠有效地減少巷道受力。

2）設置合理的控頂距。根據不同巷道掘進的實際情況，確定相應的控頂距，可以采用“兩掘一支”的方式進行，從而避免停機次數的增加，有效提高掘進速度。

3）采用先進探巷技術。為了減小探掘交叉現象，采用先進的探巷技術，這樣能夠有效縮短掘進時間。

4）優化支護設計。分析掘錨一體機在對煤巷道掘進中支護時，有效地修改并調整支護參數，采用增加錨桿間距的方式，減少支護時間，進一步提高掘進速度[3]。

3.3 應用情況

在具體應用的過程中，對掘錨一體機運行出現的問題進行修改，可以發現，同忻礦和燕子山礦巷道掘進的整體情況都有所改善，從以下方面能夠說明：

1）循環作業。采用掘錨一體機大大縮短了循環作業時長，當采用“兩掘一支”的方式時，各個作業環節的時長都有所減小，如表3 所示，其中割煤時間減小到15 min，支護時間減小到40 min，循環時間減小到55 min。

表3 5104 巷循環作業工序各項數據對比

2）巷道成型。掘錨一體機對巷道掘進的效果好，其特有的全斷而切割工作方式，與之前采用懸臂式的方式掘進巷道相比，掘進后巷道整體質量好，且效果顯著。

3）單進水平。燕子山礦使用掘錨一體機卻無法達到預期的性能，分析研究得出由于受到周邊地質條件性地設置，才能夠實現快速掘進，能夠盡可能全面地發揮整機性能。