煤巷掘錨一體機快速掘進技術及工藝研究

薛二保

（汾西礦業(yè)雙柳煤礦，山西 柳林 033300）

引言

綜合自動化掘進、圍巖支護設備應用推廣對提高巷道掘進效率具有重要意義，可在一定程度上緩解礦井采掘接替緊張局面[1-2]。受到現(xiàn)有綜掘設備掘進工藝及掘進環(huán)境中各不利因素限制，巷道掘進呈現(xiàn)掘進進尺快、支護效率低等問題，圍巖支護效率在一定程度上成為制約巷道快速掘進的重要因素[3]。在巷道掘進時采用掘錨一體機，破煤后無須回撤掘進機即可實現(xiàn)錨桿支護，對提升巷道支護效率并控制圍巖變形具有一定的促進作用，可在一定程度上提高巷道支護效率，從而實現(xiàn)巷道高效掘進。

1 工程概況

山西某礦1606運輸巷設計斷面為矩形（凈寬、高分別為5.5 m、3.8 m），沿著回采的6號煤層底板掘進，巷道設計掘進長度為1 850 m，采用錨網(wǎng)索支護工藝。6號煤層全區(qū)可采，賦存較為穩(wěn)定，厚度介于4.13～7.26 m，呈現(xiàn)南側(cè)薄、北側(cè)厚趨勢；煤層結(jié)構較為復雜，中間夾雜2～5層泥巖、炭質(zhì)泥巖矸石，矸石總厚度介于0.5～1.3 m。6號煤層直接頂以泥巖、粉砂巖及砂質(zhì)泥巖為主，厚度平均為6.3 m；直接底以細砂巖、炭質(zhì)泥巖為主，厚度平均為2.69 m。6號煤層頂?shù)装鍘r層軟化系數(shù)相對較高，中間夾雜的黏土具有較強的吸水能力。為了提高巷道掘進效率，提出將掘錨一體機應用于1606運輸巷掘進中。

2 掘錨一體機結(jié)構及掘進組織安排

2.1 掘錨一體機結(jié)構概述

掘錨一體機是將綜掘設備、錨桿支護設備融合為一體，可實現(xiàn)破煤、裝煤及錨桿鉆孔鉆進、支護等操作。由于掘錨一體機實現(xiàn)了掘進、支護的同步開展，從而可在一定程度上提高巷道掘進效率及圍巖支護結(jié)構穩(wěn)定性。現(xiàn)階段，掘錨一體機在神東煤炭集團、山西焦煤集團等均有應用。使用掘錨一體機，可有效解決傳統(tǒng)的綜掘機掘進、支護不能同步的問題，進而確保巷道圍巖穩(wěn)定性，特別是在地質(zhì)條件復雜、巷道圍巖穩(wěn)定性差的區(qū)域掘進時表現(xiàn)出顯著技術優(yōu)勢[4-6]。

掘錨一體機功能主要包括截割、行走、運煤及轉(zhuǎn)錨等，設備結(jié)構較為簡單，需要的作業(yè)人員數(shù)量相對較少。礦井具體使用的掘錨一體機結(jié)構如圖1所示。

2.2 施工組織安排

在1606運輸巷中使用的掘進、支護及運輸設備主要包括1臺掘錨一體機（MB670型）、2臺破碎機（PLM型）、2部轉(zhuǎn)載機（SZZ1200-400型）及3部可伸縮帶式輸送機（SJ-80型）。

巷道掘進人員組織采用“三八”作業(yè)制，早班、中班及晚班各進行15個、15個及8個掘進循環(huán)，掘進進尺平均30.4 m/d。

3 掘錨一體機掘進工藝、特點及安全技術措施

3.1 掘進工藝

掘錨一體機在巷道掘進時的工藝流程為：鋪設頂板金屬網(wǎng)、鋼帶→掘進迎頭臨時支護→截割、運輸、掛網(wǎng)支護→回收迎頭臨時支護→掘錨一體機位置前移→開始下一循環(huán)掘進及支護。具體的掘進工藝流程如下：

1）將支護用的金屬網(wǎng)、鋼帶等材料碼放到掘錨一體機前端液壓支撐架上。

2）掘進機司機控制前端液壓支架工作，使得金屬網(wǎng)、鋼帶等與頂板緊密接觸，后通過錨桿機穩(wěn)住頂板金屬網(wǎng)及鋼帶，尾部液壓穩(wěn)定性緩慢下落。

3）機載錨桿鉆孔開始工作、截割部破煤、運輸部出煤；行走部推動截割部前移，并由巷道上部進刀進行掏槽，從上至下進行全斷面截割掘進。

4）機載錨桿鉆機完成支護工作后，下放前端液壓支架、升起尾部液壓穩(wěn)定器，掘錨一體機前移進行下一循環(huán)掘進。

掘錨一體機截割產(chǎn)生的煤矸石等采用刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、可伸縮帶式輸送機等搭接運輸，先將煤矸石等由掘進迎頭轉(zhuǎn)運至運輸大巷、井底煤倉，后通過主運皮帶運輸至地面。

3.2 掘進特點

在1606運輸巷使用的掘錨一體機具有工作流程簡單、圍巖及時支護的特點，同時能實現(xiàn)掘進、支護的同步進行。掘錨一體機截割寬度可達到5.5 m以上，同時轉(zhuǎn)速低、功率大，掘進進尺可達到6 m/h。在掘進迎頭位置通過金屬網(wǎng)、鋼帶及前端液壓支架等構成的臨時支護可確保掘進迎頭位置圍巖穩(wěn)定，給作業(yè)人員提供相對安全的工作環(huán)境。同時掘錨一體機可實現(xiàn)頂板、巷幫錨桿的快速施工，支護效率相對較高。在巷道掘進時，操作人員可遠程遙控指揮，同時掘進機及錨桿機等不存在回撤情況，大幅提高了施工安全保障能力。

3.3 安全技術措施

在1606運輸巷掘進過程中，為了確保巷道掘進及圍巖支護質(zhì)量，應做好施工質(zhì)量及安全技術保障措施，主要包括巷道中線距離及巷道高度控制、錨桿及錨索施工質(zhì)量控制等。具體安全技術措施如下：

1）合理布置通風系統(tǒng)。在掘錨一體機上布置新型濕式除塵風機，其可捕獲掘進迎頭位置小顆粒粉塵，從而改善掘進工作面工作環(huán)境。同時在巷道掘進過程中應及時做好通風巷與掘進的1606運輸巷間的貫通工作，同時確保局部通風機可靠運行，確保掘進迎頭位置供風量滿足掘進需要。

2）強化運輸工作。掘錨一體機工作受煤矸石運輸效率慢的影響，實現(xiàn)煤矸石的快速運輸是確保巷道高效掘進的基礎。為此，礦井需構建專門的輔助運輸隊，以確保巷道掘進過程中煤矸石高效運輸。

4 現(xiàn)場應用效果

在1606運輸巷使用掘錨一體機后，巷道掘進效率得以顯著提升。現(xiàn)場統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，巷道掘進進尺在24～45 m/d，平均進尺達到820 m/月，預計1606運輸巷3個月以內(nèi)即可完成掘進。

5 結(jié)語

現(xiàn)階段礦井普遍存在采掘接替緊張局面，其中瓦斯、水害、地質(zhì)構造等地質(zhì)災害，雖然在一定程度上制約著巷道掘進效率，但是提高掘進設備綜合自動化水平，可在一定程度上提升巷道掘進效率。為此，提出將掘錨一體機應用到1606運輸巷掘進中，并對掘錨一體機結(jié)構組成、應用特點及現(xiàn)場應用技術方案等進行闡述。現(xiàn)場應用后，巷道掘進進尺可達到850 m/月，回采巷道3個月以內(nèi)即可完成掘進，為礦井煤炭高效回采創(chuàng)造良好條件。