煤巷快速掘進(jìn)裝備配套與施工工藝研究

摘 要：隨著綜采工作面設(shè)備的大型化，開采強(qiáng)度與產(chǎn)量的大幅提高，巷道斷面逐步增大，并且由于回采推進(jìn)速度的加快，對掘進(jìn)速度的要來也越來越高。通過對煤巷掘進(jìn)裝備配套與施工工藝的研究，探討出一條針對不同地質(zhì)條件下的設(shè)備配套方案，提高掘進(jìn)工效。

關(guān)鍵詞：煤巷；快速掘進(jìn)；裝備配套；施工工藝

掘進(jìn)與回采是煤礦生產(chǎn)的兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。安全、快速、高效的巷道掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)是保證礦井實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高效的必要條件。近年來，我國一次采全高和綜采放頂煤為代表的采煤技術(shù)得到迅速發(fā)展，不斷刷新行業(yè)高產(chǎn)高效生產(chǎn)記錄，工作面生產(chǎn)率的提高和推進(jìn)速度加快給巷道掘進(jìn)與支護(hù)提出前所未有的要求，只有大幅度提高煤巷掘進(jìn)速度，才能滿足綜采工作面快速推進(jìn)的需求。

1 煤巷快速掘進(jìn)裝備配套

巷道掘進(jìn)主要與掘進(jìn)設(shè)備及施工工藝有關(guān)，實(shí)現(xiàn)快速高效掘進(jìn)的主要途徑是掘進(jìn)裝備的綜合機(jī)械化，解決好掘進(jìn)工作面的“落”、“運(yùn)”、“支”三個方面的問題。經(jīng)過多年的發(fā)展，煤巷快速掘進(jìn)大致可以分為三種配套方案。

1.1 懸臂式掘進(jìn)機(jī)與單體錨桿鉆機(jī)配套

應(yīng)用比較廣泛。主要機(jī)型包括EBZ120、EBZ150和EBZ160型掘進(jìn)機(jī)。工作面配備MQT-130風(fēng)動錨桿鉆機(jī)和幫錨桿鉆機(jī)進(jìn)行錨桿、錨索支護(hù)。月進(jìn)度根據(jù)地質(zhì)條件的不同差異較大，能夠達(dá)到300-800m。近年來在懸臂掘進(jìn)機(jī)的基礎(chǔ)上先后進(jìn)行過多種形式的前配套試驗(yàn)，包括臨時支護(hù)和機(jī)載錨桿鉆機(jī)的配套，雖然在一定程度上提升了掘進(jìn)工作面的安全作業(yè)環(huán)境和減輕了職工的勞動強(qiáng)度，但是掘進(jìn)效率提升幅度不大。

1.2 連續(xù)采煤機(jī)與錨桿臺車交叉換位配套

適用于多巷掘進(jìn)。連續(xù)采煤機(jī)完成每循環(huán)的割煤、裝煤、運(yùn)煤工作后，錨桿臺車進(jìn)入空頂區(qū)域進(jìn)行錨桿、錨索的支護(hù)作業(yè)。而同時連續(xù)采煤機(jī)已退入相鄰巷道進(jìn)行割煤、裝煤、運(yùn)煤作業(yè)。每次換位時空頂距達(dá)到6-12m，這種掘進(jìn)方式月進(jìn)可達(dá)1000-3000m，最高日進(jìn)尺達(dá)到200m。

1.3 掘錨一體化技術(shù)

通過掘進(jìn)設(shè)備與錨桿鉆機(jī)設(shè)備的一體化技術(shù)，使機(jī)組即可完成切割、裝煤工序，又具備鉆孔、安裝錨桿功能，實(shí)現(xiàn)割煤后基本不調(diào)動掘進(jìn)機(jī)即能及時進(jìn)行錨桿、錨索支護(hù)，甚至在割煤的同時進(jìn)行錨桿支護(hù)，實(shí)現(xiàn)掘錨平行作業(yè)。這種掘進(jìn)方式月進(jìn)可達(dá)達(dá)1000-2500m，最高日進(jìn)尺達(dá)到100m。

2 煤巷快速掘進(jìn)施工工藝

掘進(jìn)工藝可以分為 “落”、“運(yùn)”、“支”三個方面，“落”是指切割落煤，“運(yùn)”是指轉(zhuǎn)載運(yùn)煤，“支”是指巷道支護(hù)。由于掘進(jìn)裝備配套的不同，施工工藝大相徑庭，掘進(jìn)效率也相差較大。

2.1 懸臂掘進(jìn)機(jī)和單體錨桿鉆機(jī)配套的施工工藝

以潞安集團(tuán)王莊煤礦6202運(yùn)巷掘進(jìn)，EBZ160型掘進(jìn)機(jī)配套單體風(fēng)動錨桿鉆機(jī)，斷面5×3.2m，循環(huán)進(jìn)尺1m為例。

“落”：掘進(jìn)機(jī)采用底部掏槽，自開缺口，直接進(jìn)刀的方式切割落煤，進(jìn)刀后自左向右，完成巷道左部切割。退機(jī)5m擺正機(jī)身，向右進(jìn)機(jī)，自右而左進(jìn)刀，完成右部切割，然后再進(jìn)行刷幫掃頂，整理巷道成形。

“運(yùn)”：掘進(jìn)機(jī)配備裝煤耙爪和刮板輸送機(jī)，緊接橋式轉(zhuǎn)載皮帶、可伸縮帶式輸送機(jī)將煤運(yùn)出工作面。掘進(jìn)“落”和“運(yùn)”同時進(jìn)行，每循環(huán)用時40min。

“支”：巷道掘進(jìn)成型后，先利用前探梁或機(jī)載臨時支護(hù)裝置對工作面空頂區(qū)進(jìn)行臨時支護(hù)，用時20min。然后將單體錨桿鉆機(jī)人工抬運(yùn)到工作面進(jìn)行錨桿、錨索支護(hù)，用時60min。

6202運(yùn)巷掘進(jìn)每循環(huán)用時120min，每日進(jìn)尺12m，月進(jìn)度為300m-400m。

2.2 連續(xù)采煤機(jī)與錨桿臺車交叉換位施工工藝

以神華上灣301主、輔運(yùn)輸順槽掘進(jìn)，12CM15-10D連采機(jī)配套美國JOY公司生產(chǎn)的10SC32-48B-5梭車和澳大利亞生產(chǎn)的ARO四臂錨桿機(jī)，斷面5.4×3.4m，循環(huán)進(jìn)尺15m為例。

“落”：采用連采機(jī)進(jìn)行截割煤和裝煤。在每次掘進(jìn)巷道前，司機(jī)先開動連采機(jī)調(diào)整在巷道前進(jìn)方向左側(cè)，并按激光線確定位置，其中激光線距巷道左幫3.2m。開始向前方煤壁切割直至割入深度達(dá)一個循環(huán)進(jìn)度，即為切槽；然后退出連采機(jī)，再調(diào)整到巷道右側(cè)，開始截割剩余部分，即為采垛（見圖1）。連采機(jī)就是以切槽和采垛工序來完成巷道切割成形的，一個循環(huán)用時180min。完成后，將連采機(jī)移到下一條巷道進(jìn)行作業(yè)，用時60min。

“運(yùn)”：采用連采機(jī)自裝煤方式，連采機(jī)割煤時，煤落入收集頭上，裝在收集頭上的圓盤耙爪連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將煤裝入中部運(yùn)輸機(jī)，中部輸送機(jī)將煤裝卸到搭接在連采機(jī)后面的梭車內(nèi)。由梭車、給料破碎機(jī)、順槽皮帶共同完成煤炭運(yùn)輸。

“支”：巷道頂板支護(hù)采用ARO四臂錨桿機(jī)來完成打眼和安裝工作，錨索和幫錨桿滯后工作面打設(shè)，每循環(huán)180min。

上灣301主、輔運(yùn)輸順槽掘進(jìn)每循環(huán)用時240min，每班兩巷各進(jìn)15m，每日兩巷各進(jìn)30m，月進(jìn)度為1600m-2400m。

3 各種掘進(jìn)裝備及工藝的優(yōu)缺點(diǎn)比較

通過以上介紹，我們對三種煤巷掘進(jìn)施工工藝的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較：

3.1 懸臂式掘進(jìn)機(jī)與單體錨桿鉆機(jī)配合的施工工藝

3.1.1 優(yōu)點(diǎn)：該工藝適應(yīng)性強(qiáng)，適合我國多數(shù)巷道斷面和頂板松軟、破碎的條件。單體錨桿鉆機(jī)機(jī)動性強(qiáng)。

3.1.2 缺點(diǎn)：

3.3.1 優(yōu)點(diǎn)：

b、解決了掘進(jìn)工作面割煤的同時不可以進(jìn)行支護(hù)的難題，節(jié)約時間，提高效率。

3.3.2 缺點(diǎn)：

a、機(jī)身尺寸大，重量重，搬家倒面時間長。

b、適應(yīng)地質(zhì)條件能力相對于懸臂式掘進(jìn)機(jī)和單體錨桿鉆機(jī)差。在傾斜巷道和坡度較大巷道內(nèi)施工難度較大。

4 快速掘進(jìn)裝備及工藝改進(jìn)與發(fā)展

4.1 提高機(jī)電一體化程度

應(yīng)用現(xiàn)代化的測控技術(shù)，對掘進(jìn)機(jī)的工況監(jiān)測、故障診斷和離機(jī)控制系統(tǒng)加以改進(jìn)和完善，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。首先是掘進(jìn)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動控制，包括掘進(jìn)機(jī)方向監(jiān)控、切割電機(jī)自控調(diào)節(jié)、切割斷面輪廓尺寸監(jiān)控；其次是實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)工況監(jiān)測和故障診斷，可以最大限度地提高掘進(jìn)機(jī)的使用效果。

4.2 提高設(shè)備綜合配套能力

煤巷掘進(jìn)效率低，設(shè)備能力不能充分發(fā)揮，在很大程度上與配套能力低、配套不完善有關(guān)。巷道掘進(jìn)主要工序中，掘進(jìn)割煤和支護(hù)的時間最長。掘進(jìn)割煤采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)，進(jìn)退機(jī)次數(shù)和刷幫時間最關(guān)鍵，并且割煤成形控制不好，又直接影響幫頂錨桿的打設(shè)，建議推廣橫軸式滾筒割煤。支護(hù)時間取決于錨桿、錨索的數(shù)量，以及錨桿鉆機(jī)的操作精確控制能力和鉆孔速度。一方面應(yīng)該優(yōu)化錨桿支護(hù)形式和參數(shù)，在保證支護(hù)效果和安全的前提下，降低支護(hù)密度；另一方面，應(yīng)根據(jù)巷道圍巖條件選擇合理的錨桿施工機(jī)具，并優(yōu)化施工工藝。

4.3 推廣應(yīng)用連續(xù)采煤機(jī)

在條件適宜的礦井，應(yīng)大力推廣連續(xù)采煤機(jī)配合錨桿臺車交叉換位的施工工藝，它是掘進(jìn)速度最快的一種工藝，但也是對條件要求最苛刻的一種工藝。

4.4 采用掘錨一體化工藝

掘錨機(jī)組的應(yīng)用，很好的解決了掘進(jìn)工作面長期未能解決的掘進(jìn)和支護(hù)平行作業(yè)的問題，掘進(jìn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于懸臂式掘進(jìn)機(jī)和單體錨桿鉆機(jī)的施工工藝，是煤巷掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)的跨越式突破。在適宜的條件下應(yīng)積極推廣應(yīng)用掘錨一體化工藝。在應(yīng)用的同時還要對掘錨一體化設(shè)備進(jìn)行積極改造，以適應(yīng)更廣泛的地質(zhì)條件。

作者簡介：星寧江（1975-），男，山西省潞城人，1998年畢業(yè)于東北大學(xué)安全工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作。