多功能巷道修復機在工作面順槽維修中的應用

陳綱

（山西華陽新材料科技集團機電設備管理中心，山西 陽泉 030499）

1 概 況

隨著煤礦生產(chǎn)裝備的不斷發(fā)展進步，采掘工作面的主要生產(chǎn)工藝如落煤、裝煤、支護等均已機械化，實現(xiàn)了高效安全生產(chǎn)，并逐步向自動化、智能化方向發(fā)展。但巷道臥底、擴幫等一些采掘輔助作業(yè)由于空間的限制仍然以人工為主，機械化水平較低。近年來，陽煤一礦隨著工作面開采深度和強度的不斷增加，巷道變形尤其是工作面兩順槽變形嚴重，巷道修復工程量急劇增加。采用傳統(tǒng)的人工修復方式，不僅費時費力、效率低下，而且冒頂、掉渣時存在安全隱患。因此，研究使用專用的巷道修復設備對煤礦高產(chǎn)高效、安全生產(chǎn)具有重要意義。

2 巷道地質(zhì)條件

2.1 工作面布置

陽煤一礦8304綜采工作面位于+669水平南條帶三采區(qū)，所采煤層為15號煤，埋深為448.7～707.2 m，煤層厚度為6.73～5.93 m，平均6.29 m。煤層頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性Table 1 Coal seam roof and floor lithology

8304工作面東部為三采區(qū)輔助回風巷，西部為三采區(qū)大巷，北部為8303工作面采空區(qū)，南部為設計的8306工作面。工作面傾斜長度206 m，走向長度1 535 m，采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤一次采全厚采煤方法。

工作面兩順槽超前支護采用的是單體柱+π型梁支護，設置兩排，支護距離不少于20 m。

2.2 巷道變形特征

8304工作面在回采過程中，兩順槽變形量大，需要對巷道進行維修才能滿足生產(chǎn)要求，巷道變形特征主要有以下方面。

（1）巷道變形劇烈。在工作面前方，巷道失穩(wěn)嚴重，變形以底鼓和幫鼓為主，根據(jù)觀測，最大底鼓量可達800～900 mm，幫鼓以回采幫為主，最大可達600 mm，巷道斷面收縮率達60%，需要在工作面前方不斷進行維修。

（2）支護體損壞嚴重。工作面順槽頂板錨桿等支護體出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象，巷道兩幫錨桿被吸入煤體中，金屬網(wǎng)被扯斷，頂板部分區(qū)域網(wǎng)兜現(xiàn)象嚴重，存在安全隱患。

（3）運輸巷變形量大。8304工作面兩順槽的變形具有明顯的區(qū)別，工作面運輸巷變形量顯著大于運料巷，運料輸巷的維修工程量約為運輸巷的70%左右。

2.3 變形原因分析

結(jié)合8304工作面的地質(zhì)條件，分析認為順槽變形大主要有以下原因。

（1）超前支承壓力的影響。工作面回采過程中，工作面前方支承壓力重新分布，對巷道圍巖的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，造成巷道變形劇烈。根據(jù)工作面來壓情況，工作面超前支承壓力的影響范圍約為26～34 m。

（2）地質(zhì)構(gòu)造的影響。8304工作面總體為一單斜構(gòu)造，圈定的工作面回采范圍內(nèi)有褶曲構(gòu)造2條，斷層7條，地質(zhì)構(gòu)造附近巖層破碎，承載能力差，易發(fā)生劇烈變形。

（3）頂?shù)装鍘r性。8304工作面的直接頂?shù)装寰鶠槟鄮r，自穩(wěn)能力差，受工作面回采的影響，工作面區(qū)域的底板應力向巷道內(nèi)傳遞，由于泥巖的強度較低，因此變形嚴重。

（4）采空區(qū)的影響。8304運輸巷靠近8303采空區(qū)，受臨近采空區(qū)殘余支承壓力和該工作面超前支承壓力的雙重影響，變形量明顯增大。

為實現(xiàn)陽煤一礦8304工作面的安全高效生產(chǎn)，除了對原有支護系統(tǒng)進行優(yōu)化改進外，對已經(jīng)發(fā)生的巷道變形也需要及時修復。傳統(tǒng)的人工修復方式費時費力，且存在安全隱患。通過分析研究，決定選用WPZ-55/15/1000L型巷道修復機對8304工作面已經(jīng)發(fā)生的巷道變形進行修復。

3 巷道修復設備

3.1 主要技術(shù)參數(shù)

WPZ-55/15/1000L型巷道修復機是針對煤礦巷道維修的一款專用設備，該設備集挖掘、破碎、裝載于一體，根據(jù)不同的現(xiàn)場條件安裝不同的裝置即可實現(xiàn)不同的功能，主要應用于巷道順槽的臥底、擴幫以及大巷的維修等，如圖1所示。

圖1 巷道修復機機械結(jié)構(gòu)Fig.1 Mechanical structure of roadway repairing machine

WPZ-55/15/1000L型巷道修復機尺寸為6 300 mm×1 260 mm×2 240 mm，寬度小，可適應不同尺寸的巷道，可根據(jù)不同需要安裝破碎錘、鏟斗等，實現(xiàn)不同的作業(yè)形式，并且該型巷道修復機操作簡單，經(jīng)過簡單培訓即可上崗，效率高。該設備的主要參數(shù)如下：

3.2 主要組成部分

WPZ-55/15/1000L型巷道修復機主要由工作機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。

3.2.1 工作機構(gòu)

巷道修復機的工作機構(gòu)主要指工作臂，工作臂前端與執(zhí)行機構(gòu)相連，后端與修復機車體相連。WPZ-55/15/1000L型巷道修復機工作臂采用可彎曲設計，由三段組成，可根據(jù)巷道尺寸的變化調(diào)節(jié)，避免與錨桿索及巷道壁接觸。工作臂主要由偏轉(zhuǎn)機構(gòu)、基礎臂、油缸等組成，偏轉(zhuǎn)機構(gòu)可實現(xiàn)機體的左右擺動，以適應不同寬度的巷道；伸縮臂主要實現(xiàn)臂長的改變，適應不同高度的巷道。

3.2.2 執(zhí)行機構(gòu)

巷道修復機執(zhí)行機構(gòu)負責巷道進行臥底擴幫、圍巖破碎以及煤矸裝載等工作。根據(jù)不同的工作需要，可在工作機構(gòu)上安裝鏟斗、破碎錘、切割機等。

3.2.3 行走機構(gòu)

WPZ-55/15/1000L型巷道修復機采用履帶行走，主要由履帶梁、輪轂系統(tǒng)、馬達系統(tǒng)等組成。輪轂系統(tǒng)中的引導輪引導履帶按照指定的方向行走，支重輪主要負責支撐整個巷道修復機的重量，與引導輪共同保證履帶不滑脫。行走機構(gòu)中安裝有張緊油缸，使履帶維持在一定的張緊度上，防止履帶過緊和過松，過緊則磨損過快，過松則容易脫落，影響生產(chǎn)。

3.2.4 液壓系統(tǒng)

WPZ-55/15/1000L型巷道修復機液壓系統(tǒng)采用3泵串聯(lián)的方式連接，為工作機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)等提供動力，其中2個泵為變量泵，1個泵為定量泵。變量泵采用專門管路，流量獨立控制，可實現(xiàn)對不同機構(gòu)、不同壓力的精確控制。為防止系統(tǒng)過載，變量泵的最高壓力為20 MPa。

3.2.5 控制室

控制室是整個修復機的控制中心，修復機的所有動作都可以在控制室內(nèi)操作完成。操作室內(nèi)有壓力表、手柄以及安裝架等，壓力表顯示液壓系統(tǒng)變量泵的壓力，手柄用來操作修復機完成擺臂、舉臂、回落等不同的動作。

4 現(xiàn)場應用

4.1 設備配套方案

目前常用的巷道維修設備配套方案有3種。

（1）巷道修復機和礦車。

該方案中，將巷道臥底及擴幫等的出渣直接通過修復機送入到礦車中，多節(jié)礦車可實現(xiàn)連續(xù)裝載，該方案需要設置道岔車場用于倒車，適用于軌道巷，和維修工程量小、出渣量小的巷道。

（2）巷道修復機、轉(zhuǎn)載機和礦車。

與上方案相比，該方案增加了轉(zhuǎn)載機，刮板輸送機、膠帶輸送機均可作為轉(zhuǎn)載設備使用。首先利用巷道修復機將維修中的煤矸等裝載到轉(zhuǎn)載機中過渡，然后輸送至礦車中。可以在適當位置設置矸石倉，存儲一定量的煤矸，然后利用耙?guī)r機運至礦車中，可在一定程度上提高出矸速度。

（3）巷道修復機和膠帶輸送機。

該方案可實現(xiàn)連續(xù)出矸，適用于運輸順槽的巷道維修。隨著挖底工作向前進行，可以在膠帶輸送機和修復機之間增加轉(zhuǎn)載機，例如刮板輸送機等，可提高生產(chǎn)效率。

根據(jù)8304工作面的實際情況，確定選用方案三的設備配套方案，即在運輸順槽采用修復機進行挖底，煤矸裝載在膠帶輸送機上進行運輸。

4.2 施工工序

8304工作面采用WPZ-55/15/1000L型巷道修復機進行維修的工藝流程如圖2所示。具體為拆除巷道超前支護的中排點柱；在修復機上安裝截割頭，對巷道進行擴幫，巷道擴幫后及時進行支護；如果巷道底板較硬或者有大塊矸石，截割頭難以施工時，更換為破碎錘對巷道進行挖底。挖底完成后，將破碎機更換為鏟斗，將煤矸裝載到膠帶輸送機上運出。

圖2 巷道修復機施工工藝流程Fig.2 Construction process of roadway repairing machine

4.3 應用效果

與傳統(tǒng)的人工挖底、擴幫相比，8304工作面采用WPZ-55/15/1000L型巷道修復機后，巷道修復效率大大提高，并減少了工作人員數(shù)量。兩種巷 道維修方式的對比見表2。

表2 不同巷道維修方式的對比Table 2 Comparison of different roadway maintenance methods

4.4 變形監(jiān)測

采用巷道修復機對巷道進行維修后，立即設置測站對巷道底板和兩幫的變形進行監(jiān)測。由于距離工作面較近，觀測持續(xù)時間為一周左右，觀測結(jié)果如圖3所示。觀測結(jié)果表明，巷道變形量明顯減小，最大底鼓量為30 mm，幫鼓量為22 mm。表明巷道修復機對巷道圍巖的擾動較小，維修后巷道迅速進入穩(wěn)定狀態(tài)，保證了工作面的正常生產(chǎn)。

圖3 巷道變形監(jiān)測Fig.3 Roadway deformation monitoring

5 結(jié) 論

（1）受工作面超前支承壓力、地質(zhì)構(gòu)造和頂?shù)装鍘r性等的影響，陽煤一礦8304工作面順槽變形劇烈，支護體損壞嚴重，巷道維修量大，采用傳統(tǒng)的人工維修方式費時費力。

（2）WPZ-55/15/1000L型巷道修復機可根據(jù)不同的現(xiàn)場條件安裝不同的裝置實現(xiàn)挖掘、破碎、裝載等不同的功能，主要應用于巷道順槽的臥底、擴幫以及大巷的維修等。

（3）8304運輸巷巷道修復機的應用表明，WPZ-55/15/1000L型巷道修復機能夠適應井下復雜環(huán)境，在短時間內(nèi)即可實現(xiàn)破碎器、切割器和挖斗功能的轉(zhuǎn)換，減少了人工數(shù)量和作業(yè)強度，為工作面大變形順槽的快速修復工作提供了裝備保障，實現(xiàn)了井下巷道修復的機械化作業(yè)，經(jīng)濟和社會效益顯著，具有推廣應用前景。