4107 回風(fēng)順槽掘錨一體機(jī)快速掘進(jìn)技術(shù)工藝研究及應(yīng)用

陳澤年 王樹明 張 鵬

（陜西彬長文家坡礦業(yè)有限公司，陜西 彬州 713500）

煤礦掘、支相互影響問題普遍存在，近年來我國開發(fā)了集割煤、錨護(hù)與運(yùn)輸一體的快速掘進(jìn)裝備，有效解決了人工支護(hù)強(qiáng)度大、速度慢的問題，實(shí)現(xiàn)了掘、錨平行作業(yè)，提高了單進(jìn)效率。文家坡礦業(yè)有限公司采掘接替緊張，原回采巷道采用打眼放炮掘進(jìn)支護(hù)方式效率低，本文以4107 回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面為例，提出掘錨一體機(jī)截割、支護(hù)及運(yùn)輸平行作業(yè)工藝及方案[1-6]。

1 工程背景

4107 回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)長度2881 m，平均埋深700 m，東臨4106 運(yùn)輸順槽、南靠41 盤區(qū)一號(hào)輔助運(yùn)輸大巷，西抵4107 工作面，北至4107 工作面切眼，巷道位置關(guān)系如圖1。

圖1 巷道位置關(guān)系圖

4107 回風(fēng)順槽為全煤巷道，平均煤厚9.8 m，煤層頂板以細(xì)粒砂巖、泥巖為主，底板以鋁質(zhì)砂巖、泥巖為主，煤層頂?shù)装迩闆r見表1。巷道由南向北整體為下山掘進(jìn)，掘進(jìn)時(shí)沿煤層底板掘進(jìn)，留設(shè)0.5～0.8 m 厚底煤。巷道斷面形狀為矩形，寬度為5800 mm，高度為3850 mm，為典型的深井大斷面回采巷道，支護(hù)形式采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

2 掘錨一體機(jī)設(shè)備

4107 回風(fēng)順槽掘錨一體快速掘進(jìn)設(shè)備由EJM340/4-2H 掘錨一體機(jī)、MZHB6-1200/20 錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)和DZD100/100/40 煤礦用帶式轉(zhuǎn)載機(jī)三部分組成。其中掘錨機(jī)集成有截割、錨護(hù)和運(yùn)輸系統(tǒng)，截割滾筒直徑為1100 mm，長度為5800 mm，滾筒行程為1000 mm，機(jī)載錨護(hù)系統(tǒng)裝備有4 臺(tái)頂鉆和2臺(tái)幫鉆，運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)輸能力為1000 t/h；錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)可實(shí)現(xiàn)錨護(hù)和運(yùn)輸平行作業(yè)，運(yùn)輸能力與掘錨機(jī)相匹配；帶式轉(zhuǎn)載機(jī)采用液壓式邁步自移系統(tǒng)，機(jī)長30 m，有效搭接行程為25 m，有效避免了頻繁拉機(jī)位給生產(chǎn)造成的影響。

3 掘錨作業(yè)程序

3.1 掘錨機(jī)割煤工藝

掘錨機(jī)割煤采用全斷面一次成巷技術(shù)，截割后巷道幫直頂平，煤壁完整性好，具體截割流程如下：

（1）抬刀：掘錨機(jī)升起臨時(shí)支撐架，將滾筒抬至巷道頂部；

（2）進(jìn)刀：啟動(dòng)截割，伸出截割伸縮油缸，將截割滾筒向前切入煤體800 mm，頂部掏槽；

（3）割煤：將滾筒由上向下切入煤體；

（4）拾刀：當(dāng)截割滾筒割到巷道設(shè)計(jì)高度時(shí)，掘錨機(jī)截割部下落至底板向后縮800 mm 左右，開始清理浮煤及臥底，使巷道底板平整。

與傳統(tǒng)的綜合機(jī)械化掘進(jìn)相比，掘、錨、運(yùn)平行作業(yè)可有效解決掘、支失調(diào)問題，縮短巷道控頂、控幫時(shí)間，起到及時(shí)、主動(dòng)支護(hù)圍巖的作用。

3.2 快掘設(shè)備支護(hù)工藝

3.2.1 支護(hù)參數(shù)

4107 回順采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，支護(hù)斷面如圖2，支護(hù)參數(shù)具體如下：

圖2 支護(hù)斷面圖（mm）

（1）頂板支護(hù)。采用HRB500 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，規(guī)格為Φ22 mm×2500 mm，每根錨桿使用MSZ23/60 型和MSK23/35 型樹脂錨固劑各1卷，錨固力不小于190 kN，扭矩不小于240 N·m，錨桿間排距為700 mm×800 mm。

頂板錨索采用Φ21.8 mm×7100 mm 鋼鉸線，延伸率大于5%，間排距1200 mm×800 mm，呈5-4-5 布置。每根錨索使用3 卷MSZ23/60 型和1 卷MSK23/35 型樹脂錨固劑，錨固力不低于300 kN，預(yù)緊力不低于210 kN。

（2）幫部支護(hù)。錨桿采用HRB500 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，規(guī)格為Φ22 mm×2500 mm，每根錨桿使用MSZ23/60 型和MSK23/35 型樹脂錨固劑各1 卷，錨固力不小于190 kN，扭矩不小于240 N·m，錨桿間排距為800 mm×800 mm。

3.2.2 支護(hù)工藝

按巷道掘進(jìn)方向，頂部錨桿從左至右編號(hào)依次為1#～8#，幫部錨桿由上向下依次編號(hào)為1#～5#；頂部錨索“5-4-5”布置，其中每排5 根從左至右依次編號(hào)為1#～5#，每排4 根從左至右依次編號(hào)為6#～9#。錨桿、錨索編號(hào)如圖3。

圖3 錨桿（索）編號(hào)示意圖（mm）

4107 回順采用EJM340/4-2H 掘錨一體機(jī)、MZHB6-1200/20 錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)聯(lián)合支護(hù)頂板，支護(hù)共分兩步：

第一步：采用掘錨一體機(jī)支護(hù)頂部編號(hào)為1#、2#、3#、6#、7#、8#錨桿，支護(hù)兩幫編號(hào)為1#、2#、3#錨桿，同時(shí)邁步支護(hù)編號(hào)為1#、5#（7#、8#）錨索。掘錨一體機(jī)一個(gè)循環(huán)共支護(hù)2 根錨索、12 根錨桿。

第二步：采用錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)滯后支護(hù)頂部編號(hào)4#、5#錨桿及頂部編號(hào)2#、3#、4#（或7#、8#）錨索，同時(shí)支護(hù)兩幫編號(hào)4#、5#錨桿。頂部2 根錨桿及錨索滯后支護(hù)距離10 m，幫部底角2 根錨桿滯后支護(hù)距離15 m。

4 工程應(yīng)用

（1）掘錨一體快速掘進(jìn)設(shè)備自投入使用至今，共掘進(jìn)巷道2000 m，其中日進(jìn)尺最高達(dá)15 m，月進(jìn)尺最高達(dá)356 m，比傳統(tǒng)綜合機(jī)械化掘進(jìn)相比速率提高了73%。錨桿、錨索支護(hù)效率與傳統(tǒng)風(fēng)動(dòng)工具相比分別提高了66%、57%。錨桿（索）支護(hù)時(shí)間統(tǒng)計(jì)如圖4。

圖4 錨桿（索）支護(hù)時(shí)間統(tǒng)計(jì)

（2）在巷道內(nèi)每隔30 m 設(shè)置一組錨桿（索）受力檢測(cè)站，共設(shè)置8 組，每個(gè)測(cè)站進(jìn)行為期一個(gè)月的觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果如圖5 和圖6（由于測(cè)站較多，本文只隨機(jī)選取兩個(gè)測(cè)站予以說明）。

由圖5、圖6 可以看出，給錨索施加40 MPa 的初始預(yù)緊力，經(jīng)過10 d 左右，錨索受力下降，降至30 MPa 左右趨于穩(wěn)定。錨桿施加10 MPa 預(yù)緊力，經(jīng)過6 d 左右，錨桿受力顯著增大，增大至約15～20 MPa逐漸趨于穩(wěn)定，錨桿、錨索受力情況良好。

圖5 3 號(hào)測(cè)站錨桿（索）受力檢測(cè)

圖6 6 號(hào)測(cè)站錨桿（索）受力檢測(cè)

5 結(jié)語

掘錨一體快速掘進(jìn)裝備適合深井大斷面回采巷道掘進(jìn)需求，可顯著提高掘進(jìn)單進(jìn)水平，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工時(shí)利用率。掘錨分離、平行作業(yè)，多臂鉆機(jī)同時(shí)錨護(hù)作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)掘錨匹配同步，有效解決掘、支比例失調(diào)問題。帶式轉(zhuǎn)載機(jī)上下搭接行程達(dá)25 m，采用“頂天立地”的邁步自移機(jī)構(gòu)，縮短掘進(jìn)輔助工時(shí)，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。采用智能遙控遠(yuǎn)程操作，濕式割煤、打眼，安全性能得到有效提高，作業(yè)環(huán)境得到有效改善。