下霍煤礦1306回風順槽掘錨護一體化技術應用

暴廣昌

（晉能控股煤業集團長治三元中能煤業有限公司，山西 長治 046600）

長期以來，煤炭一直是我國的主要消費能源，雖然目前國家能源結構調整，能源消費結構中煤炭占比有所降低，但在未來相當長的一段時間內其主要消費地位不會改變［1］。隨著科學技術的進步，采礦方法和設備也有了突飛猛進的發展。比如，綜采、綜掘、綜放等機械化程度較高的開采技術已廣泛應用，且采煤工作面智能化開采技術已成功使用。但相對而言，掘進工作面機械化或智能化程度往往較低，導致我國煤礦開采中經常出現采掘失衡，巷道掘進速度遠不能滿足采煤需求，且有逐漸加劇［2-3］趨勢。

巷道掘進速度主要受制于臨時支護環節。目前應用較廣泛的臨時支護主要包括前探梁式支護和柱式支護。永久支護主要包括架棚支護和錨桿支護，其中錨桿支護為應用最廣泛的巷道支護形式。但因錨桿支護工藝相對復雜，與掘進作業相互制約，直接影響到巷道高效快速掘進。為此，國內外眾多專家學者提出了掘錨護一體化綜掘技術。該技術可解決掘進與支護作業相互制約的問題，有效提高掘進效率，緩解礦井采掘接續緊張問題［4-6］。本文以下霍煤礦1306回風順槽為工程背景，分析EBZ-160 掘進機的機型結構和特點，旨在實現機載錨桿鉆機、臨時支護裝置與掘進機的有機結合，提高下霍煤礦1306回風順槽掘進效率。

1 EBZ-160 綜掘機機型組成及特點

EBZ型掘進機為縱軸式掘進機，僅有一個截割頭，適用于軟弱煤巖體巷道掘進，效率高且適應性強，在煤礦巷道快速掘進中得到廣泛應用，見圖1。

圖1 EBZ-160 綜掘機實物

EBZ-160 綜掘機型號中，E代表掘進機、B代表懸臂式、Z縱軸式、160 表示截割功率為160 kW。EBZ-160 綜掘機主要由截割機構、鏟板機構、運輸系統、本體結構、行走機構、支承結構、液壓系統、水和潤滑系統以及電氣系統組成。EBZ-160 綜掘機主要結構及組成如下：

1）截割機構包括截割頭、伸縮裝置、減速機和電機，伸縮裝置的設置有利于配置錨桿鉆機。

2）鏟板機構包括主體、側鏟板、驅動裝置以及從動輪，鏟板機構可將截割機構截割下來的煤巖或其它物料轉運至運輸系統。

3）運輸系統包括前、后溜槽以及張緊和驅動裝置。

4）本體結構包括回轉臺、回轉油缸以及本體主架，本體結構用于連接截割機構、鏟板機構、運輸系統、行走機構、支承結構五大結構，同時其上方設置液壓泵站。

5）行走機構包括履帶、驅動輪、減速機和驅動結構組成。

6）支承結構設置在本體結構后方，主要用于減少掘進機工作期間機體振動、滑動。

7）液壓系統主要有操作臺、油箱、柱塞泵、多路閥、油缸、冷卻器等組成。

8）水系統將外來水過濾、分流、減壓，實現油缸、截齒降溫以及截割滅塵等功能。

9）潤滑系統可實現掘進機關鍵結構潤滑。

10）電氣系統與液壓系統共同實現各機構聯動，完成掘進工序，包括防爆操作箱和電控箱、截割電機、油泵電機及其它配套電機設備。

2 EBZ-160 綜掘機掘錨護一體化改造

EBZ-160 型掘進機截割機構設置的伸縮裝置有利于配置錨桿鉆機。因此，在該位置安裝錨桿鉆機可實現巷內平行和垂直旋轉，實現巷道頂、幫支護作業。同時，在掘進機頂、幫安裝臨時支護裝置，通過掘進機行走實現錨桿鉆機和臨時支護裝置聯動作業，錨桿鉆機和臨時支護裝置分別固定于截割機構升降油缸和截割機構頂部。

錨桿鉆機和臨時支護裝置有液壓系統提供動力。該液壓系統與掘進機共用，原液壓系統需增設液壓管路和控制系統，改裝后的液壓系統分別設置錨桿鉆機控制系統和臨時支護裝置控制系統，且彼此獨立，可實現相互閉鎖。掘進作業時，截割機構行走帶動錨桿鉆機，實現錨桿鉆孔作業，從而實現掘錨護一體化。

3 掘錨護一體化綜掘技術

3.1 工程概況

下霍煤礦位于山西省長治市長子縣境內，開采3 號煤層，生產規模2.40 Mt/a。井田總體為一走向NNE、傾向NW，傾角4°左右的單斜構造，局部為EW向，。1306 工作面開采煤層平均厚度5.3 m，平均傾角6°。工作面北側為1305 采空區，其余三個方向均為保護煤柱。煤層直接頂為厚0.86～9.35 m的砂泥巖，基本頂為厚2.55～16.50 m的中細粒砂巖，直接底板為厚0.30～6.31 m的砂泥巖，基本底為厚1.05～4.83 m的細粒砂巖。1306回風順槽服務于1306 工作面，用于回風及輔助運料，巷道設計掘進長度1 470.6 m，設計掘進斷面為矩形斷面，斷面凈高3.50 m，凈寬4.60 m，凈斷面積16.10 m2。

3.2 支護方案設計

下霍煤礦1306回風順槽設計采用錨網索聯合支護方式，巷道支護斷面見圖2，具體參數如下所示：

圖2 巷道支護斷面

（1）頂板支護：采用規格直徑22 mm、長度2 400 mm的左旋螺紋鋼高強度錨桿，間排距為800 mm×800 mm，每排6 根，每排錨桿采用W鋼帶連接。同時，頂板采用錨索進行加強支護，錨索規格為直徑18.9 mm、長度7 300 mm的高強度礦用錨索，間排距為1 800 mm×2 000 mm，頂板鋪設菱形金屬網，規格4 800 mm×1 200 mm。

（2）幫部支護：采用規格直徑22 mm、長度2 200 mm的螺紋鋼錨桿，間排距為800 mm×1 000 mm，每排5 根，每排錨桿采用W鋼帶連接，兩幫鋪設菱形金屬網，規格3 400 mm×1 200 mm。

3.3 掘錨護一體化工藝

掘錨護一體化主要有掘進截割、臨時支護和永久支護組成，具體工藝流程為掘進機截割機構截割并行進→進行臨時支護作業→架設頂梁并掛網→施工頂板錨桿、錨索→鋪設幫部塑鋼網→施工幫部錨桿→掘進機鏟板機構清理底煤。

掘進作業時，應預先準備好頂網和托梁，掘進后將頂網和托梁放置在臨時支護裝置上方，利用液壓系統，促使臨時支護對頂板具有一定的初撐力，從而實現超前臨時支護的效果。之后，施工頂板錨桿、錨索，固定頂網和托梁，再鋪設幫部塑鋼網、施工幫部錨桿。最后，回撤臨時支護裝置，實現單循環作業。

4 試驗效果和效益分析

掘錨護一體化綜掘技術在下霍煤礦1306回風順槽進行了工業性試驗，該技術的成功實施改變了現有高危、低效、高勞動強度的人工錨桿支護工藝，實現了高效安全的掘錨護連續施工作業，有效地提高了工作面掘進效率。采用原有掘進工藝，工作面月進尺250 m，采用掘錨護一體化工藝后，月進尺達350 m，提高了40%，月新增煤炭效益80萬元。同時實現了工作面減人，節省了人工成本，年節省人工成本50 萬元。該技術的成功應用緩解了采掘工作面接續緊張局面，降低了工人勞動強度，改善了掘進工作面作業環境，具有顯著的經濟效益和社會效益。

5 結論

1）對EBZ-160 綜掘機進行優化改造，通過在掘進機截割機構升降油缸和截割機構頂部設置錨桿鉆機和臨時支護裝置，實現了機載錨桿鉆機、臨時支護裝置與掘進機的有機結合。

2）對下霍煤礦1306回風順槽支護方案進行優化，確定了掘錨護一體化綜掘技術工藝。應用該項技術后，實現了高效安全的掘錨護連續施工作業，工作面掘進效率提高了40%，月新增煤炭效益80 萬元，同時實現了工作面減人，節省了人工成本，年節省人工成本50 萬元。