掘錨一體技術(shù)在煤巷快速掘進(jìn)中的應(yīng)用.doc

掘錨一體化技術(shù)在煤巷快速掘進(jìn)中的應(yīng)用栗獻(xiàn)中1，2 （1. 河南理工大學(xué)， 河南 焦作 454000；2.神華神東煤炭集團(tuán)昌漢溝煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）摘要：提高煤巷快速掘進(jìn)技術(shù)水平,實(shí)現(xiàn)采掘均衡協(xié)調(diào)發(fā)展是神華神東煤炭集團(tuán)昌漢溝礦當(dāng)前急待解決的一個(gè)突出問題。掘錨一體化技術(shù)是繼長(zhǎng)壁綜采技術(shù)之后,煤礦開采技術(shù)的又一項(xiàng)重大技術(shù)革新。昌漢溝煤礦引進(jìn)山特維克礦山工程機(jī)械有限公司生產(chǎn)的MB670S型掘錨機(jī)，通過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和分析，總結(jié)了掘錨一體技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)以及存在的問題。該礦在煤巷快速掘進(jìn)中應(yīng)用掘錨一體化技術(shù)取得了初步成果，在確保千萬噸礦井綜采工作面的銜接方面發(fā)揮了無可替代的作用。關(guān)鍵詞：掘錨機(jī)；昌漢溝煤礦；煤巷快速掘進(jìn)；51 引言神華神東煤炭集團(tuán)昌漢溝煤礦2008年實(shí)現(xiàn)了采用國(guó)產(chǎn)綜采設(shè)備一礦一井一面年產(chǎn)一千萬噸的“四個(gè)一”工程。昌漢溝煤礦現(xiàn)裝備一綜三掘，為適應(yīng)千萬噸綜采工作面接續(xù)需要，提高煤巷快速掘進(jìn)速度，確定采用掘錨一體化技術(shù)，為此引進(jìn)了山特維克礦山工程機(jī)械有限公司生產(chǎn)的MB670S型掘錨機(jī)，自2008年11月10日投入使用，通過一個(gè)月試用，一個(gè)月提高達(dá)到正常使用，到2009年3月15日125天共掘進(jìn)巷道3500m，平均日進(jìn)28m，月單進(jìn)840m，最高月單進(jìn)1015m，取得初步成果。我國(guó)煤巷高效掘進(jìn)方式主要有三種，第一種是懸臂式掘進(jìn)機(jī)與單體錨桿鉆機(jī)配套作業(yè)線，也稱為煤巷綜合機(jī)械化掘進(jìn)，在我國(guó)國(guó)有重點(diǎn)煤礦得到了廣泛應(yīng)用；第二種是連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車配套作業(yè)線，在我國(guó)神東、萬利等礦區(qū)及鄂爾多斯地區(qū)進(jìn)行了推廣應(yīng)用，主要掘進(jìn)機(jī)械為連續(xù)采煤機(jī)，它需要多巷掘進(jìn)交叉換位施工；第三種是掘錨機(jī)掘錨一體化掘進(jìn)，僅在一些礦區(qū)進(jìn)行了使用，目前處于試驗(yàn)階段12。掘錨機(jī)組是將掘進(jìn)與支護(hù)有機(jī)結(jié)合起來，減少掘進(jìn)與支護(hù)設(shè)備的換位作業(yè)時(shí)間，在同一臺(tái)設(shè)備上完成掘進(jìn)和支護(hù)工藝。掘錨機(jī)組是當(dāng)今世界上代表高效掘進(jìn)設(shè)備的最高技術(shù)水平，煤巷掘錨一體化代表了煤巷快速掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方向，是高產(chǎn)高效礦井技術(shù)的重要組成部分。2 工程概況2.1 巷道圍巖條件掘錨機(jī)施工巷道為該礦5-1煤三盤區(qū)151301進(jìn)風(fēng)順槽，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度3560米，巷道煤層傾角小于3。上覆基巖厚度為80120m，松散層厚度05m，頂板為灰色粉砂巖和細(xì)砂巖,多為泥質(zhì)膠結(jié),膠結(jié)中等-致密,屬弱巖石類型,力學(xué)強(qiáng)度均不高,結(jié)構(gòu)松散的砂巖在外力作用容易剝落,頂板易失重而垮塌。頂板巖石極易風(fēng)化破碎，加劇了頂板的不穩(wěn)定性。5-1煤層厚度變化不大，賦存穩(wěn)定，水平層理較發(fā)育，整體性較好，但強(qiáng)度低，又加上局部裂隙發(fā)育，易于垮落。底板為炭質(zhì)泥巖，為褐黑色和灰色，泥質(zhì)膠結(jié)，遇水易膨脹變軟。根據(jù)現(xiàn)有巷道揭露看，煤層底板起伏較明顯。2.2 掘進(jìn)工作面斷面及支護(hù)要求掘進(jìn)工作面沿夾矸掘進(jìn)，巷道斷面為矩形，規(guī)格為寬高=5.0m3.8m，采用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)。錨桿布置形式為矩形，間排距為1.0m1.0m(每排5根)，錨桿均采用161800mm金屬錨桿，頂端配一支CK2360型樹脂錨固劑錨固，每根錨桿設(shè)計(jì)錨固力5.0t。錨桿托板采用1501508mm鐵托板。施工時(shí)為保證正中間的那根錨桿的角度符合要求（錨桿方向應(yīng)垂直于頂板，允許誤差為15），先將靠近兩幫的4根錨桿打齊，中間的一根錨桿利用液壓錨桿機(jī)在早班檢修時(shí)間統(tǒng)一補(bǔ)齊。錨索均為矩形布置，間排距為2.0m2.0m。錨索采用15.246500mm鋼絞線，頂端配2支CK2360型錨固劑，設(shè)計(jì)錨固力10噸。每掘進(jìn)4m打2根錨索，剩余的在早班檢修時(shí)統(tǒng)一補(bǔ)齊。錨索應(yīng)盡量與巖層面垂直布置，外露長(zhǎng)度不超過280350mm。圖1 巷道支護(hù)斷面兩幫打錨桿掛塑料網(wǎng)支護(hù)，塑料網(wǎng)規(guī)格102.5m，橫向鋪設(shè)，其中前行左幫打金屬錨桿，右?guī)痛虿Ａт撳^桿，幫錨桿間排距為1m1m，錨桿規(guī)格均為161600mm。巷道頂板破碎處加掛鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)片規(guī)格2.5m1.1m，聯(lián)網(wǎng)間距0.2m。圖2巷道頂板平面圖2.3 主要設(shè)備及其性能掘進(jìn)工作面設(shè)備配套和主要設(shè)備性能參數(shù)如表1表3所示3。表1 工作面設(shè)備配備及工具使用一覽表 表2 1#連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)主要技術(shù)特征 表3 MB670S型掘錨機(jī)主要技術(shù)特征表技術(shù)特征主要參數(shù)技術(shù)特征主要參數(shù)長(zhǎng)寬高11.15.03.2m離地間隙310mm重量92t行走速度3.5/7.0/15m/min總功率546KW輸送機(jī)速度1.5m/s電壓1140V 尾部旋轉(zhuǎn)角左右45度截割頭寬度5.0m滾筒直經(jīng)1150mm采高2.84.4m滾筒轉(zhuǎn)速1.51m/s支護(hù)高度2.84.1m頻率50Hz生產(chǎn)能力(t/min)裝載20t/min切割8.521t/min.2.4 主要施工工藝和參數(shù)掘進(jìn)工作面煤炭的破、落、裝、運(yùn)及巷道的支護(hù)均由掘錨機(jī)和后配套設(shè)備來完成。掘進(jìn)過程中，采用MB670型掘錨機(jī)完成割煤，無線遙控操作，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝煤工序并且用錨掘機(jī)自身四臂錨桿鉆機(jī)來完成支護(hù)工序，機(jī)器前進(jìn)只可以手動(dòng)遙控操作，支護(hù)時(shí)可以用手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作方式，機(jī)器主要由液壓系統(tǒng)控制、操作；采用LY2000型連運(yùn)一號(hào)車完成運(yùn)煤和破碎工序；并且用轉(zhuǎn)載皮帶運(yùn)輸機(jī)和皮帶完成煤炭的轉(zhuǎn)載工序。主要工藝工程如下：掘錨機(jī)截割方式:MB670型掘錨機(jī)只能遙控操作，掘進(jìn)時(shí)嚴(yán)格按照中線施工，掘進(jìn)時(shí)每1m為一循環(huán)。掘錨機(jī)掘進(jìn)過程中，司機(jī)在激光導(dǎo)向儀的指引下，確定煤機(jī)停放位置，按巷道尺寸截割深度每?jī)傻逗笸Ｖ咕蜻M(jìn)，用掘錨機(jī)自身錨桿機(jī)進(jìn)行頂、幫支護(hù)，按巷道尺寸截割深度每八刀后停機(jī)，支護(hù)錨索，等待支護(hù)完成后，再進(jìn)行下一刀掘進(jìn)，掘進(jìn)10m后掛風(fēng)筒，掘錨機(jī)掘進(jìn)過程中用遙控器操作，并且觀看自身顯示屏操作。截割循環(huán):掘錨機(jī)截割時(shí)，首先通過伸縮截割頭將截割頭調(diào)整至巷道頂板，然后切入煤體(切入深度1.0m)，從上而下截割。當(dāng)割到煤層底板時(shí)，收截割頭，截割底煤，使巷道底板平整，裝完余煤，再次將截割頭調(diào)整至巷道頂板，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。采煤機(jī)完成從頂板至底板再到頂板，這一過程就稱一個(gè)截割循環(huán)。裝載與運(yùn)輸:采用掘錨機(jī)自動(dòng)裝煤方式，掘錨機(jī)上裝有收集頭機(jī)構(gòu)和中部輸送機(jī)，掘錨機(jī)截割時(shí)，煤落入收集頭機(jī)構(gòu)，裝在收集頭上的爬爪裝載機(jī)構(gòu)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將煤裝入中部輸送機(jī)，中部輸送機(jī)便將煤轉(zhuǎn)運(yùn)到等候在掘錨機(jī)后的連運(yùn)一號(hào)車內(nèi)，連運(yùn)一號(hào)車將煤運(yùn)到身后的跨騎式運(yùn)輸機(jī)上，用跨騎式運(yùn)輸機(jī)和皮帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行運(yùn)煤，進(jìn)入主運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)出。掘錨機(jī)掘進(jìn)工藝流程：交接班順線開動(dòng)機(jī)組落煤運(yùn)煤支護(hù)下一個(gè)循環(huán)。正規(guī)循環(huán)進(jìn)尺1m，生產(chǎn)班循環(huán)個(gè)數(shù)16個(gè)，班進(jìn)16m，全天掘進(jìn)32m，月進(jìn)尺800m。檢修班進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備和檢修。作業(yè)方式:工作面采用“三八”制作業(yè)形式。兩班生產(chǎn)，一班檢修。勞動(dòng)組織：采用一工多能綜合作業(yè)隊(duì)伍，每組14人。利用切割掘進(jìn)時(shí)平行作業(yè)時(shí)，運(yùn)料人員及時(shí)運(yùn)料至工作面50米處，嚴(yán)禁進(jìn)入掘錨機(jī)工作范圍。工作面技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表4所示。表4 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)項(xiàng)目單位指標(biāo)工作面長(zhǎng)度m3500巷道掘進(jìn)斷面19在冊(cè)人數(shù)人62出勤率80.6循環(huán)進(jìn)度m1日循環(huán)個(gè)數(shù)個(gè)32日進(jìn)尺m32月進(jìn)尺m800掘進(jìn)工效m/工0.49日出煤t808.64月出煤t20216工期月4巷道支護(hù)方式錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)錨桿定額根/m5錨索定額根/m1油脂消耗kg/t0.15截齒消耗個(gè)/t0.023 MB670S型掘錨機(jī)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)3.1 MB670S型掘錨機(jī)主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)MB670S型掘錨機(jī)在昌漢溝煤礦的應(yīng)用取得了較好的成績(jī)，實(shí)現(xiàn)最高月進(jìn)尺1015m的好成績(jī)，表現(xiàn)出了諸多突出技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面4：(1)掘錨機(jī)具有截割速度快，巷道成型好，一次截割寬度即可達(dá)到巷道設(shè)計(jì)寬度5m，。(2)掘錨機(jī)有前支護(hù)可作為臨時(shí)支護(hù)，前支護(hù)到工作面迎頭最大1.5m，前支護(hù)到頂錨桿距離0.5m1.0m，可有效支護(hù)頂板，使施工人員在有支護(hù)的頂板下作業(yè)，不會(huì)出現(xiàn)空頂作業(yè)，安全系數(shù)高。(3)掘錨機(jī)成功的實(shí)現(xiàn)了掘錨一體化，除了能夠支護(hù)頂板以外還自帶有打幫錨桿的鉆臂，比起人工打的幫錨桿支護(hù)質(zhì)量要好，速度要快，能夠及時(shí)的控制兩幫，防止片幫事故的發(fā)生。(4)在生產(chǎn)接續(xù)方面，由于受后配套設(shè)備的限制掘錨機(jī)適合單巷掘進(jìn)，在單巷掘進(jìn)的過程中掘錨機(jī)可以作到一次成巷，因此減少了巷道后期的維簡(jiǎn)工序。并且在掘進(jìn)過程中可以不開或則少開調(diào)車硐室，減少了掘進(jìn)工程量，降低無效巷道掘進(jìn)比例，提高了掘進(jìn)效率。(5)掘錨煤機(jī)司機(jī)使用遙控器操作煤機(jī)掘進(jìn)割煤，煤機(jī)司機(jī)都是在支護(hù)完好的巷道內(nèi)作業(yè)，更能保證作業(yè)安全。(6)掘錨機(jī)成功的實(shí)現(xiàn)掘錨一體化，設(shè)備更少，更精，操作簡(jiǎn)單可靠，因此更加有利于設(shè)備的維護(hù)與管理。(7)掘錨機(jī)掘進(jìn)過程中不存在著煤機(jī)與錨桿機(jī)來回倒車現(xiàn)象，相應(yīng)減少了工作面的危險(xiǎn)源。(8)煤機(jī)司機(jī)使用無限遙控操作更容易把握掘進(jìn)層位，自身滾筒截割轉(zhuǎn)速慢，規(guī)格固定，巷道掘進(jìn)一次成型，掘進(jìn)工程質(zhì)量容易管理，文明生產(chǎn)比較好管理。(9)掘錨機(jī)可以自身同時(shí)完成頂錨、錨索、幫錨的永久支護(hù)，無須頻繁調(diào)機(jī)，履帶對(duì)底板破壞程度小，安全系數(shù)大。3.2 存在的主要問題MB670S型掘錨機(jī)在使用過程中，也發(fā)現(xiàn)了諸多突出缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面5：(1)與普通懸臂式掘進(jìn)機(jī)相比，掘錨機(jī)掘出來的巷道呈標(biāo)準(zhǔn)矩形（掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)在巷道兩頂、底呈弧形），易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，巷道兩幫壓力顯現(xiàn)明顯，易片幫，必須采用打錨桿掛網(wǎng)支護(hù)巷道兩幫，而懸臂式掘進(jìn)機(jī)不會(huì)出現(xiàn)上述情況。(2)對(duì)掘錨機(jī)司機(jī)技術(shù)要求高，懸臂式掘進(jìn)機(jī)可采用三個(gè)激光指向儀定位，而掘錨機(jī)只能使用中間一個(gè)激光指向儀定位，而且激光照射到截割頭上，不能直接照到工作面迎頭，需要司機(jī)根據(jù)截割頭上的激光判斷巷道方向。(3)掘錨機(jī)體型大，不易左右調(diào)向。(4)掘錨掘進(jìn)設(shè)備體積大，重量重，搬家倒面相對(duì)要困難。(5)配件更換困難。(6)設(shè)備入井和設(shè)備搬家倒面困難，要求巷道規(guī)格嚴(yán)格。(7)掘錨機(jī)開聯(lián)巷開口跨度大，向左側(cè)開聯(lián)巷時(shí)開口跨度在13米左右，向右開聯(lián)巷時(shí)開口跨度在14米左右，不適合頂板破碎地段掘進(jìn)聯(lián)巷或調(diào)車硐室。4 結(jié)論神華神東煤炭集團(tuán)昌漢溝煤礦經(jīng)過四個(gè)月的掘錨機(jī)應(yīng)用，從不熟練到較熟練應(yīng)用，取得了較好的效果，四個(gè)月達(dá)到了平均月單進(jìn)854m，最高月單進(jìn)達(dá)到1015m，比普通懸臂式掘進(jìn)機(jī)平均月單進(jìn)高出350m左右，有效地緩解了回采工作面接續(xù)緊張的局面。掘錨聯(lián)合機(jī)組能在解決截割、裝運(yùn)、行走、轉(zhuǎn)載一體化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、錨桿支護(hù)同步作業(yè)，從而大大提高掘進(jìn)速度，滿足現(xiàn)有高產(chǎn)高效采煤工作面的配套要求。參考文獻(xiàn)：1 趙學(xué)社 煤礦高效掘進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)J 煤炭科學(xué)技術(shù) 2007 (4)2 徐鎖庚 國(guó)內(nèi)外掘錨機(jī)組的現(xiàn)狀及發(fā)展