煤礦全斷面巷道快速掘進系統的應用研究

樊 政

（大同煤礦集團有限責任公司煤峪口礦， 山西 大同 037041）

引言

同煤集團某個礦井每年的生產力可以達到上千萬噸，這就要求巷道掘進具備較高的技術水平。兩個綜放作業面回采的平均值為370 m，但是掘進系統平均每月應當完成2 500 m 的進尺。掘錨一體機具備較多的優勢，比如具備一次成型、有較高的安全性、機械化水平較高等。因此，該煤礦在掘進的時候積極引入全斷面巷道快速掘進系統，即EJM 2X170/4-2 掘錨一體機。

1 工程概況

1.1 地質條件

本礦井中2105 巷位處于3 號層，煤層存在穩定的賦存，其厚度處于4～8.10 m 之間，平均值為6.34 m，大約含有1～4 層夾矸，其大多以泥巖為核心；煤層的傾角處于1°～3°，平均值為2°，這是一種近水平的煤層；煤巖的類型屬于半暗型，種類大多為氣煤。在該巷道的老頂中大多為中砂巖、礫巖，呈現為灰白色，其成分也是以石英為主，局部下端存在一些不規則的煤線；直接頂則是以砂泥巖、煤泥巖為主，呈現為灰色至黑色，中部存在2 號煤層，包含了一些植物化石，表現為平坦狀的斷口；直接底則是泥巖，呈現為灰黑色或灰色；老底主要為中砂巖、砂礫巖，顏色為灰白色。作業面存在兩處斷層，分別是帶式輸送機巷口向里部1 254 m 部位，其落差為1.152 m，傾角屬于80°，傾向為東南；2 203 m 部位存在的落差為2 m，傾角為80°，其走向為東北。

1.2 巷道支護參數

巷道的斷面呈現為矩形，巷道的頂板采用強度較高的錨索、錨桿、金屬網等來進行支護，巷道左幫采取塑料網及玻璃鋼錨桿進行支護，右幫則采取強度較高的錨桿及金屬網進行支護。每排設置5 根頂錨，其間距和排距分別為0.9 m 和0.8 m；每排設置兩架錨索，其排距和間距分別為1.8 m 和3.2 m；兩幫錨桿的間距及排距分別為0.75 m 和0.90 m，每排設置5 根，其各個支護參數如圖1 所示[3]。

圖1 2105 巷道支護參數示意圖（未標單位：mm）

2 快速掘進系統組成及特點

2.1 EJM2X170/4-2 快速掘進系統組成

該設備擁有2×170 kW 的截割功率，頂錨桿機和幫錨桿機的數量分別為4 臺、2 臺。快速掘進系統的構成部分主要為輸送單元、行走單元、電氣體系、水系統、潤滑體系等，詳見下頁圖2。

2.2 EJM2X170/4-2 快速掘進系統特點

圖2 快速掘進系統圖

EJM2x170/4-2 掘錨一體機的制作是基于久益12CM30 掘錨機來研發出的一種一體機，結合了國內外的先進技術，可以實現一系列的掘進作業，其核心部件主要為久益進口產品，具有較高的性能。該設備的技術特點主要為：

1）截割單元采取橫軸式所設置的可伸縮截割滾筒，該滾筒及減速器均采取進口類產品，具有較高的性能；

2）板塊化設置，各個單元電機單獨驅動，精簡系統，降低事故的發生率，減少維修的時間，有助于安裝、運輸、維護及維修；

3）鏟板采取了浮動梨式裝載模式，具備較高的效率，避免底板受到較大的損壞；

4）行走單元所采取的減速器則采用電機進行驅動，具有較大的驅動力，性能可靠。

3 EJM 2X170/4-2 快速掘進系統后配套方案

后配套方案主要應用于該掘錨機的截割裝運、變頻行走、錨桿支護等系統內[4]。

3.1 截割裝運系統

該系統是掘錨機的核心部分。截割滾筒每一側可以伸縮300 mm，伸出之后截割的寬度為5.4 m，與巷道保持相同的寬度；巷道具備較好的成型率，全斷面掘進，單次成型，滾筒的兩側在伸出之后，利用鎖緊設備進行鎖死，確保截割工作維持固定的寬度；梨式鏟板的設計，其空頂距離較小，可以應用在頂板環境較差的環境下；截割滾筒上端的螺旋葉片可以將煤炭輸入到中間的輸送機中，與梨式收集頭相結合來裝載運輸物料[5]。

3.2 除塵噴霧系統

該系統的核心作用就是減少掘錨機作業面的粉塵濃度，確保操作人員的人身健康，為使用人員提供良好的工作環境。含煤塵的空氣經過前風口，之后再經過風筒內部的導流板而進入到除塵風機內來進行集塵處理，將潔凈的空氣排放到巷道之內。采取濕式除塵系統與高壓水噴霧體系來營造一個干凈的工作環境；機載除塵系統與整機形成較好的融合，具備較高的效率。

3.3 變頻行走系統

該系統主要承擔了掘錨機的前后移動，設置久益的變頻設備。在進行截割的時候可以實現一些閉環連鎖控制。采取久益進口式的變頻器，具備較高的輸出頻率、較快的響應速度、較高的精度，具備較強的牽引力矩、較高的過載能力和可靠性。

3.4 錨桿支護系統

錨桿機組的構成部分主要為頂板錨桿機、側幫錨桿機和操作平臺，分別為4 臺、2 臺和2 臺。頂板錨桿機的安裝部位在鏟板的后部，設置方向為橫向，可提供整個范圍的錨桿作業空間；錨桿機則逐漸傾斜至兩側，以確保作業范圍的最大化，對錨桿機的角度進行調整，以確保中心位置的作業；錨桿機可以向前傾斜，以降低其與作業面之間的距離。錨桿機內部管路的設置，可降低維護量；推移油缸設置為內部兩級液壓伸縮油缸。

4 EJM 2X170/4-2 快速掘進系統優化方案

4.1 設備優化

1）機載液壓錨桿鉆機不能對W 鋼帶中間部位的錨桿進行施工，只能采取風動錨索機來進行施工，并且在實際施工的時候在工序上滯后機載液壓錨桿鉆機。風動錨索機受到風壓的影響，若風壓較差，則會對錨桿的施工產生影響。為了使施工階段錨桿和錨索的需求得以滿足，則需要在其中間部位設置啟動錨桿機，其力矩為300 N·m。

2）由于采用全斷面截割掘進巷道，超前探水設備難以穩固，工序繁瑣且對人員的人身安全產生了較大的影響，應與機載探水鉆機相結合使用。

4.2 施工工藝優化

1）頂板出現泥巖之時，尤其是在錨索施工時其釬桿極易出現水孔堵塞問題。由于在掘進的時候易產生泥巖，應當選擇適當的速度來推進錨桿。

2）在設置金屬網和W 鋼帶時，應重視將W 鋼帶上方左、右3 個孔分別設置在液壓錨桿機尾的擺動范圍之內，如果鋼帶孔沒有處在液壓錨桿機的擺動范圍之內，則必須在其他支護孔完成施工之后，前后移動機組才可以進行該孔的施工。機組在停止運行進行支護之前應將其處于巷道中間，在設置W 鋼帶的時候應重視擺放位置。

3）在機組擺正或者推浮煤的過程中，若巷道的底板過軟，一邊的底板將會被履帶壓壞，機組出現一邊低一邊高的狀況，截割部也出現一邊低一邊高的狀況，不能實施截割。應當在機組上設置40 根方木或者道木來墊高履帶進行適當調整才可以開展正常的截割。

5 結論

1）EJM 2X170/4-2 掘錨一體機在礦井中的應用，促使全斷面巷道完成了快速掘進。截止到2018年12 月，掘進工作累計進尺為3 750 m，月進尺的最高值為502 m，突破值最大為20 m/d。

2）通過運用快速掘進系統來提升巷道的掘進效率，極大改善了本礦區采掘接替工作的緊張局面。

3）通過添加機載探水鉆機、氣動錨桿機等相關設備及優化各個施工工藝，確保掘進作業面中各個工序的平行作業得以實現，達到快速掘進的目的。