連采機掘錨一體化快速掘進施工工藝研究

雷焱云，龐澤明

(1．山西河曲晉神磁窯溝煤業有限公司，山西 忻州 034000;2．河南理工大學 能源科學與工程學院，河南 焦作 454000)

近年來，隨著煤炭行業機械化的發展，我國很多煤礦的回采速度得到大大提升，但同時，一般掘進機的掘進速度卻顯得相對滯后，采掘失調問題成了很多大型礦井的當務之急［1－2］。而隨著國際化的大發展，國外使用的已經比較成熟的連續采煤機作為一種新的采煤、掘進設備被引入我國，在某種程度上緩解了我國大型礦井面臨的采掘失調問題。連采機是集截割、裝載、行走、噴霧降塵于一身的綜合化采煤設備，具有巷道掘進速度快、成型好、掘進工藝簡單、設備故障率低等優點，用于多巷布置的工作面巷道掘進，月進可達1 500～3 200m，最高日進達255 m。因此，連采機的推廣對我國高產高效礦井的發展將起到至關重要的作用［3－5］。

1 工程背景

磁窯溝井田范圍內多為低山黃土丘陵區，大部分面積被第三系上新統和第四系中、上更新統地層所覆蓋。石炭系、二疊系地層僅在切割較深的溝谷中可見露頭。整個埋藏深度都比較淺，最深處也只有200多m，煤層傾角較小，傾角僅有2°～5°，為緩傾斜煤層。井田內沒有揭露斷層，沒有大的褶皺構造。井田開拓方式為平硐 － 斜井開拓，主采 10－1、10－2、11 及 13 號

煤層。采煤方法為一次采全高綜合機械化采煤法，頂板管理為自然垮落法。

2 施工工藝

本文以10204回風巷掘進工作面(見圖1)的現場條件為例，闡述了巷道掘進過程中各個工序的操作和配合。該施工巷道10204回風巷掘進工作面掘進采用連續采煤機來完成割煤和裝煤工序，用梭車將割下的煤運輸到破碎機，經破碎機破碎后，再通過系統皮帶將煤運出，頂板采用四臂錨桿機進行錨桿支護，單體錨桿機施工錨索，煤電鉆施工幫部錨桿支護。人員、材料和設備的運送選用防爆膠輪車來完成。

圖1 掘進巷道位置示意圖

2．1 落煤工序

選用12CM15－10D型連續采煤機(具體參數見表1)，完成落煤工序。

表1 12CM15－10D型連續采煤機技術特征表

1)連續采煤機截割方式。

掘進巷道位置示意圖見圖1。

12CM15－10D型連續采煤機采用手動方式操作，循環進度結合磁窯溝礦井頂板的實際情況，確定每循環進尺為6 m。但在頂板破碎、裂隙發育的情況下采取短掘短支的支護方式，每掘進3 m，支護3 m。

連續采煤機掘進過程中一次成巷。具體可分為“切槽”和“采垛”兩個工序。司機在激光導向儀的指引下，激光偏左為連續采煤機滾筒長度3．2 m，連續采煤機先從激光左側進刀，按巷道尺寸截割深度達6 m后，退機，這一工序稱“切槽”工序，然后退出煤機，調整煤機到巷道另一側，并以激光線確定位置，完成剩余寬2．2 m(輔運2 m)的“采垛”工序，見圖2。

2)截割循環。

無論是“切槽”還是“采垛”工序，連續采煤機截割時，首先將采煤機截割頭調整至巷道頂板，即升刀;掃去上一刀預留的200 mm左右煤皮，即掃頂;將截割頭降低200 mm左右向前切入煤體900 mm，即進刀;然后由上向下切入煤體，即割煤;當截割頭割到巷道底板時，煤機向后退800 mm左右，割完底煤使巷道底平整，裝完余煤，即拉底;將煤機截割頭調整在巷道頂板，接著進行下一個截割循環，每一個截割循環(一刀)工作面向前推進900 mm。當班完成全部掘進工作后，必須在巷道右幫標出當班掘進進尺、當班煤機司機及日期。

圖2 連續采煤機切槽、采垛工序圖

3)裝煤、運煤工序。

采用連續采煤機自裝煤方式，連續采煤機上裝有收集頭機構和中部輸送機，連續采煤機截割時，煤落入收集頭機構，裝在收集頭上的爬爪裝載機構連續運轉，將煤裝入中部輸送機，中部輸送機便將煤轉運到等候在連續采煤機后的梭車內。見圖3。

圖3 連續采煤機截割方式及截割循環圖

梭車運煤工序及具體要求：用梭車運煤時，將梭車停在連采機后面等待裝煤，當梭車前部裝滿時，開啟輸送機向后拉煤，當梭車煤裝滿時，給連采機司機一個信號停止裝煤，然后將連采機采出的煤轉運到破碎機破碎后，將煤轉運到膠帶輸送機上。

4)支護。

在連續采煤機完成6 m的一個循環退出煤機后，錨桿機隨即進入至空頂工作面使用錨桿機臨時支護機構進行臨時支護，緊跟施工錨桿進行永久支護且要對錨桿進行緊固。

5)清理浮煤工序及具體要求。

每班結束時或巷道內浮煤較多時，由裝載機司機負責清理巷道內的浮煤。在清理浮煤時，應注意巷道兩幫的風筒、水管、電纜等。

6)掘進工作面永久支護最小空頂距、最大空頂距的確定。

掘進工作面永久支護最小空頂距：由于連采機采煤需要留足夠的空間進刀，故最小空項距為1 m;根據磁窯溝礦井頂板的實際情況及煤機司機嚴禁在空頂下作業，故確定掘進工作面永久支護最大空頂距為7 m(煤機駕駛室在有效支護頂板下的最大空頂距離)。

7)各工序之間的配合。

在正規循環過程中，連續采煤機司機應在梭車停穩接煤時立即開機裝煤，梭車盡可能及時運行到采煤機后面等待裝煤，連采機司機應和梭車司機相互配合好，保證將煤裝入梭車車斗內不撒煤且不擠壓煤機跟機電纜和水管;梭車司機在卸煤時一定要和給料破碎機司機配合好，保證煤能及時被破碎機運走而不壓死給料破碎機;巷道支護要與掘進平行作業。采煤機掘進一個循環，退出煤機并調機至另一巷道進行掘進作業，錨桿機立即進入空頂區域進行錨桿支護。各工種作業人員應互相協調充分利用工時，提高生產效率，特別是要堅持正規循環作業，確保工作面安全生產和設備高效運轉，從而實現穩產、高產。

2．2 錨桿支護工藝

選用錨桿機來完成鋪網、打眼和錨桿安裝工作。打錨桿時要嚴格按照錨桿機操作規程作業。錨桿機支護工打錨桿作業順序為：鋪網、鉆眼、安裝錨桿、緊固錨桿。

1)支護頂錨桿。

a)鋪網。當連采機掘進完一個循環以后，連采機和錨桿機調機，錨桿機進入空頂區域，臨時支撐升起對頂板進行臨時支護，把網片平放在鉆架臨時支護上，首先升起兩邊鉆架臨時支護，將網片頂到頂板，要求與上片網搭接200 mm。

b)鉆眼。上升鉆桿使鉆頭頂住頂板，打眼時操縱鉆機旋轉閥及進給閥，進行鉆眼。當鉆桿鉆入設計深度時，反向進給，同時繼續保持鉆桿旋轉，將鉆桿退出。

c)安裝錨桿。取規定數量的樹脂藥卷放入眼內(正常放1根 CK2335型樹脂，涌水大的鉆孔放2支)，然后用錨桿頂住藥卷穿入鉆孔內，將錨桿頭放入攪拌器，升起鉆箱直至錨桿底部到達眼口約20 mm處，轉動攪拌器攪拌樹脂，時間約10～12 s，然后上升錨桿將托盤緊貼頂板，并等待10～40 s。

d)緊固錨桿。待樹脂凝固后，旋轉鉆箱緊固錨桿(注意不能給進)，使其扭矩不小于100 N/m(必要時進行二次緊固)。下移鉆箱與鉆架臨時支撐，調整鉆架位置。

2)支護幫錨桿。

用煤電鉆施工幫錨桿，幫部支護距工作面為20～50 m。錨桿間排距為1 000 mm×1 500 mm，錨桿規格為d16 mm×1 800 mm，樹脂規格為CK35400，1卷/眼。金屬網規格為1 200 mm×5 400 mm。網片與頂網搭接200 mm，幫網與幫網之間搭接200 mm。

3)錨索支護采用單體錨桿機施工，工藝與頂錨桿不同的是：錨索攪拌好后，上托盤和鎖具，并用張拉泵張緊，使張拉預緊力達到100 kN。錨索支護距工作面不超過60 m。

3 支護要求

1)錨桿支護要求．

a)錨桿外露長度從螺母算起不大于50 mm;錨固力不小于50 kN;頂錨桿扭矩不小于100 N·m，幫錨桿不小于60 N·m。

b)錨桿方向應垂直于頂板或在75°～105°，遇裂隙時，錨桿要盡量垂直于裂隙面;幫錨桿垂直巷幫布置，托盤垂直于頂底板。

c)頂錨桿、幫錨桿均使用樹脂藥卷CK23350，每孔使用藥卷1根。

d)錨桿間、排距誤差不大于+100 mm。

e)每安裝300根錨桿必須做3組(每組3根)錨桿拉力實驗，錨固力不低于設計值的90%。

2)鋪網要求。

a)嚴格按照設計要求掛頂網和幫網。

b)頂網必須靠副幫鋪設，在正幫應留出200 mm以上的距離，前后兩片網間搭接200 mm，并用錨桿將搭接部分壓實。

c)幫網間搭接200 mm，兩幫網向上與頂網搭接，壓茬部分不少于200 mm。

3)錨索支護要求。

a)錨索支護采用成排布置方式，嚴格按照錨索支護設計方式進行支護。

b)錨索眼深6．2 m，每孔不少于3支藥卷，藥卷攪拌時間按藥卷說明書進行，嚴禁隨意截短藥卷或鋼絞線。

c)錨索抗拔力應在150 kN以上，張拉預緊力為100 kN。

d)錨索應盡量與巖層面垂直布置，外露長度從鎖具算起在200～300 mm。

e)每安裝100套錨索必須做1組(10根)錨索拉力實驗。

4)幫錨及錨索距掘進頭的要求。

工作面最后一排幫錨桿距離掘進頭不得大于50 m，最后一排錨索距離掘進頭不得大于50 m。

4 結論

1)通過使用12CM15－10D型連采機，巷道掘進速度大大提升，月掘進速度最快可達1 100 m多，大大緩解了采掘接替緊張的局面。

2)液壓錨桿機的使用，減輕了工人勞動強度，同時也降低了噪聲污染［6－7］。

3)掘進速度明顯加快，提高了掘進工效，降低了巷道掘進的人工費用。但同時也有一定的弊端，尤其是在地質條件比較復雜的礦井，連采機的轉向、切割比較困難，效率會降低。

總之，以連采機為主的掘錨一體化技術未來將會在我國的西北礦區發揮重大作用。

［1］ 祁世棟，鄒 杰．連采機行走脹緊裝置的分析改進［J］．煤礦機械，2011，32(2)：166－167．

［2］ 司志群，田軍先．掘錨一體化實現煤巷快速掘進的幾點思考［J］．煤礦開采，2006，11(4)：22－24．

［3］ 翟德元，張子飛．神東礦區高產高效礦井的技術創新戰略與發展模式［J］．山東科技大學學報(自然科學版)，2001，20(4)：89－94．

［4］ 趙增輝，張建中．對掘支錨一體化試驗的幾點認識［J］．煤炭技術，2006，25(4)：49－50．

［5］ 邵 智，李 剛．掘錨一體化技術研究與分析［J］．應用技術，2011(10)：306

［6］ 王艷杰，張宏偉．連續采煤機的國產化之路［J］．煤炭機械，2010，31(2)：157－158

［7］ 牛寶玉，采掘錨一體化快速掘進成巷技術［J］．煤炭工程，2003(11)：9－12．