掘錨一體化大斷面巷道一次成型技術應用

焦衛軍 段書文

（國家能源寧夏煤業有限責任公司棗泉煤礦，寧夏 銀川 750411）

受能源賦存結構的影響，在未來相當長的一段時間內，我國以煤炭為主的消費結構不會改變，隨著科學技術和采掘裝備的不斷進步發展，綜采、綜掘、綜放等機械化采煤工藝已經廣泛應用于我國大中小礦井[1-2]。井下巷道掘進一直是制約煤礦高產高效的重要因素之一，巷道掘進包括掘進和支護兩大作業環節，掘進作業與支護作業相互制約、影響，無法實現巷道的連續掘進作業，導致巷道掘進速度普遍較慢。為此，專家學者提出將掘進和錨桿支護作業一體化，解決掘進與支護作業相互制約問題，實現巷道連續掘進作業，有效提高掘進效率，緩解礦井采掘接續緊張問題[3-5]。

1 工程背景

棗泉煤礦220707 工作面輔助巷所揭露煤層為7 層煤，傾角1.5°～19°，煤層厚度變化較大，在3.55～4.35 m 之間，去除夾矸厚度，煤層平均厚度約2.13 m，屬較簡單結構煤層。煤層含一層夾矸，夾矸厚度不穩定。煤層頂板為粉砂巖、細粒砂巖互層，厚度在4.9～11.79 m，平均厚度8 m；底板為粉砂巖、中粒砂巖、細砂巖互層，厚度在7.2～10.93 m，平均厚度11.04 m。220707 工作面輔助巷掘進斷面設計為拱形，掘進寬度設計為5500 mm，掘進高度設計為4350 mm。

2 掘錨一體化大斷面一次成型技術

220707 工作面輔助巷設計采用掘錨一體化大斷面一次成型技術，主要包括掘進工藝和巷道支護參數。

2.1 巷道掘進

2.1.1 設備特點參數

EBZ200M-4 掘錨機屬于懸臂式縱軸掘進機，可實現徑向斷面截割，技術參數見表1。掘錨機可實現遠程控制和自動截割功能，設備設有遠程遙控器，可遠程操控掘錨機實現整機行走、記憶截割等功能。

表1 EBZ200M-4 掘錨機技術參數表

2.1.2 掘進工藝

（1）掘錨機開機順序

操作順序：開機前準備→發出開機警示→開動油泵電機→開動第二部運輸機→開動第一部運輸機→開動耙爪→開動截割頭→打開EBZ200M-4 掘錨機噴霧，同時開始截割、出渣、移機。

（2）截割順序

① 掘錨機采用橫向往復式截割，截割時截割頭調至巷道右下部開口進刀，進刀深度以0.5 m 為宜，采取先中間后兩幫的順序初步截割出斷面形狀，然后根據激光束指定的斷面輪廓線進行幫部修正。

② 當截割較軟煤層時，采用左右擺動循環，由下向上截割；當截割較硬煤層時，采用左右擺動循環，由上向下截割。

③ 采用自下而上，先軟后硬，先割中間，后刷兩幫成巷的方式截割。拉底、刷幫時，將掘錨機后退，由外向里逐段拉底并刷直幫部。

2.1.3 臨時支護方式

巷道掘進時，采用EBZ200M-4 掘錨機自身機載液壓前探梁支架進行臨時支護，臨時支護最大控頂距1240 mm，最小控頂距340 mm，循環進度確定為900 mm。EBZ200M-4 掘錨機自身機載液壓前探梁支架主要技術參數見表2。

表2 機載液壓前探梁支架主要技術參數

2.1.4 裝載及運輸工序

采用EBZ200M-4 掘錨機截割方式進行掘進。EBZ200M-4 掘錨機機身前方裝有鏟板及星輪和一部刮板輸送機、二部運輸機。

EBZ200M-4 掘錨機前進及割煤時，鏟板鏟入浮煤，通過星輪的連續旋轉將浮煤裝入一部刮板輸送機，然后轉載至二部輸送機，經二部輸送機轉載至巷道內的膠帶運輸機上運出。

多部運輸設備啟動時，按照由外向里的順序啟動設備。具體啟動順序如下：東主斜井膠帶輸送機→22 采區運輸上山膠帶輸送機→220607 工作面膠帶巷膠帶輸送機→220607 工作面2#聯絡巷電滾筒皮帶→220707 工作面輔助巷膠帶輸送機→掘錨機二運→掘錨機一運。

多部運輸設備停機時，按照由里向外的順序停機。具體停機順序如下：掘錨機一運→掘錨機二運→220707 工作面輔助巷膠帶輸送機→220607 工作面2#聯絡巷電滾筒皮帶→220607 工作面膠帶巷膠帶輸送機→22 采區運輸上山膠帶輸送機→東主斜井膠帶輸送機。

2.2 巷道支護

220707 工作面輔助巷采用“錨網索梁噴”聯合支護形式，具體支護參數如下：

（1） 錨桿。 巷道拱部采用20#-M22-2500 BHRB335 型、幫部采用20#-M22-2000 BHRB335型左旋螺紋鋼錨桿，拱幫部錨桿間、排距均為800 mm×900 mm，采用1 節MSK2370、1 節MSZ2335型樹脂藥卷錨固，外端配合規格為150 mm×150 mm×10 mm 的穹型鐵托板支護，錨桿預緊力矩要求達到200 N.m，錨固力要求達到50 kN。

（2）鋼筋網。巷道拱、幫部全斷面掛Ф6.5 mm 圓鋼焊接的鋼筋網（鋼筋網長度11 400 mm，寬均為1000 mm，網孔尺寸100 mm×100 mm，鋼筋網采用電焊焊接工藝加工，鋼筋網長、短邊均折回50 mm 后再進行焊接），鋼筋網搭接布置，搭接長度100 mm，采用14#鐵絲雙股扣連接，并且扭結不少于三圈。

（3）鋼筋梯。采用兩根Ф16 mm 圓鋼焊制，規格為8600 mm×80 mm，鋼筋梯內沿寬80 mm，檔距為頂錨桿間距。

（4）錨索。錨索采用Ф21.8 mm×6300 mm的預應力鋼絞線，鎖具采用KM22 型錨索鎖具，間排距為1800 mm×1600 mm，每根錨索充填二節MSK2370、一節MSZ2335 樹脂藥卷，錨索預緊力達到300 kN，錨索配套300 mm×300 mm×16 mm穹形錳鋼托盤。

3 現場試驗

為加快220707 輔助巷成巷速度，采用雙向對頭掘進方式，正向掘進采用EBZ260 綜掘機掘進，反向采用EBZ200M-4 掘錨一體機掘進，采用掘錨一體化大斷面一次成型技術，從設備檢修率，月度進尺、支護效果和工效進行了分析對比。

（1）從設備檢修來講，兩種設備每天安排2個人檢修，主要更換截齒、更換損壞管路、添加油脂等，檢修工序幾乎相同。

（2）自2 月底EBZ200M-4 掘錨一體機投入使用以來，分別對兩種設備的掘進面進尺進行了統計，見表3。兩種設備在同樣地質條件下，隨著設備的不斷磨合，月進尺出現明顯差異，月掘進效率差別20%以上。

圖1 巷道支護斷面圖（mm）

表3 EBZ260 與EBZ200M-4 掘進進尺統計表

（3）綜掘機每米支護時間約68 min，掘錨一體機每米支護時間54 min，巷道成型規整。

（4）掘進工效方面，使用EBZ260 綜掘機的工作面最高工效為0.33 m/工，EBZ200M-4 掘錨機的工作面最高工效為0.46 m/工。

（5）支護效果方面，掘錨一體化大斷面一次成型技術實現了及時支護，巷道圍巖控制效果有所改善，頂底板最大移近量125 mm（同比降低15.5%），兩幫最大移近量108 mm（同比降低17.9%）。

綜上所述，掘錨一體化大斷面一次成型技術的成功應用，改變了現有掘進支護工藝，有效提高了煤礦巷道掘進效率，推進了我國采掘技術和裝備的進步。

4 結論

為提高煤礦巷道掘進效率，緩解采掘接續緊張局面，提出采用EBZ200M-4 掘錨機實現棗泉煤礦220707 工作面輔助巷大斷面巷道一次成型。基于此，介紹了EBZ200M-4 掘錨機技術參數，闡述了掘錨機一體化掘進工藝、臨時支護方式、裝載及運輸工序，設計了220707 工作面輔助巷支護參數。技術應用后，巷道掘進效率提高了20%以上，同時，實現了及時支護，巷道圍巖控制效果有所改善，頂底板最大移近量125 mm，同比降低15.5%，兩幫最大移近量108 mm，同比降低17.9%。