錨桿轉載機組在涼水井煤礦的應用

王威

(1.中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006；2.山西天地煤機裝備有限公司， 山西 太原 030006)

0 前言

陜西涼水井煤礦有限公司是由陜西陜煤黃陵礦業公司與江蘇悅達集團合資組建的股份制企業，是黃陵礦區總體規劃中的大型礦井之一，其地理位置位于陜西省黃陵縣雙龍鎮境內，井田面積大約為351.94 km2，煤炭儲量約為9.45億t[1]。近年來隨著綜采技術的飛速發展，巷道的開采速度嚴重制約綜采開采速度，生產接續也日趨緊張，因此涼水井煤礦聯合山西天地煤機裝備有限公司針對黃陵礦業的地質條件設計了一種新型的高效快速掘進系統。

整套高效快速掘進系統由綜合掘錨一體機、錨桿轉載機組、煤礦用帶式轉載機和帶式輸送機用自移機尾組成，該套系統在涼水井煤礦井下303掘進工作面進行巷道掘進，整套系統能夠實現錨桿、錨索多排多臂同時作業，其中綜合掘錨一體機負責巷道中頂板錨桿和上幫錨桿支護，MZHB6-1200/20型錨桿轉載機組負責錨索支護和補打底部幫錨桿支護。

1 地質條件及巷道概況

涼水井煤礦的303工作面為2#煤層，整體屬于侏羅系中統延安組，其中的2#煤層為黑色塊狀，條痕黑色，弱瀝青光澤。同時煤層裂隙水和砂巖裂隙水，含水量較小。煤層厚度變化較穩定，煤層厚度一般為2.7 m～5.75 m，平均煤厚5 m，煤層傾角0°～4°，平均1°。此區域無明顯的沖擊地壓且周邊無老窯、采空區，不存在老窯、采空區積水的威脅，礦井瓦斯含量為0.33～0.90 mL/g，平均0.54 mL/g，礦井粉塵具有爆炸危險性。

303工作面的巷道形狀為矩形，采用錨網梁索聯合支護方式，其中頂錨索采用φ21.8×7 300 mm19芯鋼絞線,結合T140鋼帶施工，每根鋼帶施工4根；頂錨桿采用φ22×2 800 mm左旋螺紋鋼錨桿配合鋼筋托梁進行支護，每排鋼筋托梁配合7根錨桿進行支護；幫部錨桿采用φ22×2 800 mm左旋螺紋鋼錨桿進行支護，配合復合網每排支護4根錨桿[2]。

圖1 303工作面的支護示意圖

2 巷道的施工工藝

巷道采用綜合掘錨一體機組進行截割，掘進時嚴格按照地質測量部放線掘進。綜合掘錨一體機組掘進過程中首先將截割滾筒調整至巷道頂板，即升刀；頂部掏槽，將截割滾筒向前切入煤體1 000 mm，即進刀；然后由上向下切入煤體，即割煤；當截割滾筒割到巷道設計高度時，掘錨機截割部向后退1 000 mm左右，拉底煤使巷道底板平整，裝完余煤，即拉底；每排掘進完成上述一個循環。

截割一個循環完成后開始進行錨桿支護，由綜合掘錨一體機組前置的4臺鉆機打頂錨桿，2臺側鉆打幫部的上3根錨桿[3]。由于錨索支護時間長，在錨桿轉載機組中進行4臺頂鉆機打錨索和頂部中間的一根頂錨桿支護，其中錨索支護一排的時間與綜合掘錨一體機組截割一個循環和支護一排錨桿時間基本相同，整體掘速進度不會由于支護錨索時間而滯后[4]。

錨索支護過程中首先由布置在整機前端的4臺頂錨桿鉆機進行鉆孔作業，首先調整鉆架姿態，操作人員將六棱鉆桿插入鉆箱中，手動調整鉆箱給進速度，且保持低速運行帶鉆頭進入頂板巖層后開始勻速鉆眼。待第一根鉆桿進入1 000 mm深度時，鉆箱退回,同時在底鉆桿上方接入1根六棱鉆桿中桿，鉆箱繼續進給鉆孔，直到此中桿全部進入頂板后鉆箱退回，按照上述步驟接入5根長度為1 200 mm的中桿，直到鉆桿深度達到設計深度7 000 mm，鉆孔完成后將樹脂錨固劑插入孔中，依次將樹脂錨固劑及錨索送入眼內，將錨固劑推至眼底。

在底桿上方接入1根六棱鉆桿中桿，鉆箱進給鉆孔，進給至中桿全部進入頂板后，鉆箱退回，按照上述步驟循環接入5根1 200 mm中桿，直至鉆桿深度達到7 000 mm時停止，之后依次將鉆桿從孔中退出，隨后利用錨索將樹脂錨固劑推入孔中，推至孔底后啟動鉆機進行攪拌,同時將錨索推至孔底，攪拌完成后移開鉆機，在錨索底部裝入托盤和鎖具，利用錨索張拉機進行錨索緊固，完成錨索支護。

3 錨桿轉載機組

針對涼水井煤礦支護的特點，研發了一種錨桿轉載機組，在整機的最前端布置4臺頂板錨桿鉆機，尾部布置2臺側幫錨桿鉆機，中間布置輸送鏈道和破碎部，整體布置如圖2所示。

1-輸送鏈道； 2-破碎部； 3-頂板鉆機； 4-側幫鉆機。

錨桿轉載機組的主要技術特點有：

1) 整機中的6臺錨桿鉆機能夠同時工作，互不干擾。

2) 整機集支護、轉載、破碎等功能于一體，采用模塊化設計，按照快速掘進系統的要求采用前后重疊搭接的物料轉載輸送方式，減少設備交叉作業的調動時間，提高系統在不同煤層賦存條件下礦井巷道錨桿、錨索支護、運輸的機械化水平[5]。

3) 鉆機操作系統采用自主創新的電液控制閥組，實現鉆孔作業的一鍵啟動和自動鉆孔作業。

4) 側幫鉆機采用新進的多自由度布置方式，加大了錨桿支護范圍。

5) 針對黃陵二礦松軟底板的煤層特質，將原有的履帶板寬度由原來的500 mm改為560 mm，增大了履帶接地面積，減小了接地比壓，適應二號煤礦的底板條件。

6) 機載濕式除塵系統和水冷卻噴霧系統，能夠高效地進行除塵,凈化工作面作業環境。

4 應用情況

黃陵快速掘進系統于2019年1月1日至2019年1月20日在陜西涼水井煤礦地面進行了地面組裝調試，同年2月9日至2月11日在井下303工作面組裝、調試。

整套快速掘進系統每班12次循環，循環進尺1 m，每班進12 m，日進尺24 m。2月設備磨合階段完成進尺120 m，3月完成進尺593 m，4月完成進尺608.6 m，5月完成進尺588.8 m，6月根據生產接續安排施工301工作面調車繞道，7月303工作面掘進624.7 m，總進尺2 535.1 m。相比于原有的掘進機掘進方式，整體的掘進速度提升約67%，提高了巷道的掘進速度，滿足了煤礦要求。

整套快速掘進系統在使用中出現過一些問題，但系統并未出現影響巷道掘進生產的故障，其中錨桿轉載機組基本達到設計要求，可完成整套巷道的錨索支護和錨桿支護。

5 結論

錨桿轉載機組在黃陵高效掘進系統中完成全部的錨索支護，且錨索支護速度與高效快速掘進系統的掘進速度匹配，設備的研制成功解決了現階段掘進巷道的掘、支、運不能平行作業的問題，同時依靠系統中各設備之間的協同控制和信息化聯動控制，實現整套系統的機械化、自動化和信息化聯動控制，提高設備間的聯動控制，解決了現階段采掘失調的矛盾。