全斷面高效快速掘進系統在大柳塔煤礦的應用

文/張淵

全斷面高效快速掘進系統在大柳塔煤礦的應用

文/張淵

隨著神東礦井規模的擴大，掘進效率低，采、掘比例失調的矛盾日益凸顯，生產接續緊張成為制約增產擴能的突出問題。與此同時，掘進隊伍和人員不斷增多，給安全管理也帶來巨大壓力。為提高開采和掘進效率，實現減人提效，神東煤炭集團在原有安全高效采掘模式的基礎上，推廣應用全斷面高效快速掘進系統。本文就全斷面高效快速掘進系統在神華神東煤炭集團大柳塔煤礦的應用進行了闡述。

一、煤層條件概述

全斷面高效快速掘進系統適用于頂、底板較穩定的中厚煤層，一般要求煤層傾角小于3°。可掘進的斷面寬度范圍為5.4m～6.0m，高度范圍為3.5m～4.5m。

目前，全斷面高效快速掘進系統在大柳塔煤礦掘進區域為52#煤的三、五盤區，煤層厚度7.15～7.55m，平均7.35m，為穩定煤層，煤層結構相對簡單。

煤層直接頂厚0～2.8m，以泥巖為主，直接底以粉砂巖、泥巖為主。

二、巷道設計參數

1.巷道設計

巷道斷面。根據7m大采高工作面巷道掘進要求，確定巷道掘進斷面尺寸為：寬×高=6.0×4.2m。

巷道支護設計。頂板采用“圓鋼錨桿+冷拔絲網片+錨索”聯合支護。錨桿間排距為1.0×1.2m，每排支護6根錨桿；錨索間排距為2.5× 3m，每排3根。巷道正幫采用“玻璃鋼錨桿+塑料網”支護。錨桿間排距為1.2×1.2m，每排支護4根；巷道負幫采用“圓鋼錨桿+金屬網”支護，錨桿間排距為1.2×1.2m，每排支護4根錨桿。巷道支護斷面圖如圖1所示。

圖1 巷道支護斷面圖（單位：mm）

2.支護工藝

為加快掘進速度，可在頂、幫穩定的情況下采用分次支護。

一次支護（5人完成）。支護作業由配套設備中的十臂錨桿機完成“頂幫10套錨桿+網片”的支護。錨桿機前端4根鉆臂，完成頂板6套錨桿的支護；兩個幫鉆臂，完成兩幫各2套錨桿的支護。

二次支護（2人完成）。由兩臂錨桿錨索鉆機完成兩幫剩余各兩套錨桿的支護。

三次支護。由兩臂錨桿錨索鉆機完成對巷道頂板錨索支護。

3.施工要求

空頂距。根據設備結構參數，快速掘進施工時，巷道最小空頂距為21m（即掘錨機前端至錨桿鉆機最小距離約21m），最大空頂距為30m（即掘錨機前端至錨桿鉆機最大距離約30m）。

頂底煤留設。為保證巷道頂板穩定，提高支護效率，巷道沿底掘進，巷道留設頂煤厚度不小于1.5m。

幫網滯后距離。根據設備布置及施工工藝要求，頂幫穩定情況下，正幫幫網滯后工作面掌子頭不得大于140m，負幫幫網滯后工作面掌子頭不得大于60m。

錨索滯后距離。錨索支護滯后距離不大于300m。

三、機械化配套設備

1．全斷面高效快速掘進系統配套設備

主要設備包括掘錨機、十臂錨桿機、破碎轉載機、可彎曲膠帶機、邁步式自移機尾和自移動力站等。正常掘進作業時，掘錨機截割下的煤經過破碎轉載機破碎后，通過可彎曲膠帶機轉運到順槽皮帶上，同時十臂錨桿機緊跟掘錨機完成巷道頂、幫的錨桿支護；可彎曲膠帶機隨著掘錨機掘進，在破碎轉載機牽引下不斷前移，從而實現連續跟機作業；膠帶機末端通過邁步式自移機尾而自行移動，從而讓煤流實現了在可彎曲膠帶機與順槽皮帶上的連續運輸。以上掘進工序交替進行，最終實現了破、運、裝、支等工序的平行作業。全斷面高效快速掘進系統設備布置如圖2所示。

圖2 快速掘進系統設備布置平面圖

2.全斷面高效快速掘進系統的特點

（1）優化了設備布置，減少了調機時間

相比傳統的雙巷掘進生產工藝，快速掘進系統利用設備優勢，使工作面實現一次成巷，保證了掘進和支護的平行作業，簡化了不必要的生產環節，使掘進進尺有了跨越性的提升，生產變得更安全、更高效。

（2）大斷面掘進一次成巷

快速掘進系統掘進作業時，掘錨機司機在十臂錨桿機上，通過遠程操作遙控器控制掘進機割煤，實現6×4.2m大斷面一次成巷，避免了傳統工藝需要二次成巷的弊端，提高了掘進效率。

（3）快速支護

快速掘進系統配套的十臂錨桿機，整車配有10個鉆臂，在生產過程中，十臂錨桿機前后移動完成頂板和幫網的支護，同時配合兩臂錨桿鉆車，實現了頂、幫支護的一次完成，縮短了支護時間，提高了支護效率。

（4）連續運輸

快速掘進系統通過邁步式自移機尾自行移動，實現了皮帶延伸與掘進的同步，簡化了生產環節，保證了運輸的連續性，提高了生產效率。

（5）優化通風，改善作業環境

采用長壓短抽的通風方式，使用大功率壓入式局部通風機為工作面供風，同時配備一臺濕式除塵風機來降低工作面的粉塵，一邊壓入風流，一邊及時抽出混有粉塵的風流。采用這種通風方式后粉塵濃度大幅降低。

四、掘進工藝及組織

1.作業形式。掘進巷道時實行“三八”作業制。

2.施工組織。檢修班全面負責設備檢修及生產準備工作，負責膠帶機延伸，膠帶機儲帶，供電、供排水系統延伸，支護材料，輔助生產材料（風筒、電纜、水管等）的備料、運輸。生產班 （按圓班掘進進尺100m）主要循環工序為，生產前準備及安全檢查→100m巷道掘進、支護、風筒延伸。

3.勞動組織。生產班每班作業人員為14人，共計28人，檢修班作業人員26人，隊干、材料員、驗收員合計10人，當日作業總人數為64人。

4.人工工效。按照正規循環作業日進尺100m，出勤人數為64人，在冊人數89人，全員工效為1.12m/工。

五、應用效果

與傳統采煤掘進設備相比，全斷面高效快速掘進系統突破了長期制約井下掘進效率的瓶頸，實現了掘進、支護、運輸平行連續作業，打造了協調、連續、高效作業的掘進工作面。該系統自應用以來，25.2m2大斷面巷道可一次成型，單班最高進尺達到78.5m，日最高進尺達到 132m，月最高進尺達到3088m，創造了煤巷大斷面單巷掘進的世界記錄，全員工效達到1.12m/工。同時，還避免了由于傳統掘進設備頻繁移動帶來的安全隱患，更加有利于掘進安全。此外，該系統通過遠程操作遙控器就可控制掘錨機割煤，采用“長壓短抽”通風方式降低粉塵濃度，最大程度地保障了井下作業人員的身體健康和生命安全。

（作者單位：神華神東煤炭集團公司）

（責任編輯：周瓊）