李 麗 賈清華

（1.大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司晉華宮礦機(jī)電科，山西省大同市，037016；2.大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司同大科技研究院機(jī)電所，山西省大同市，037003）

1 引言

我國煤礦多數(shù)是以井工開采為主，掘進(jìn)與支護(hù)工程量都較大。目前，煤礦巷道開拓主要是采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)機(jī)與手持式單體錨桿鉆機(jī)相配套，但施工速度緩慢，存在掘進(jìn)快和支護(hù)慢的問題。支護(hù)時(shí)間占每個(gè)循環(huán)作業(yè)時(shí)間的2／3，影響煤巷快速掘進(jìn)，采掘接續(xù)緊張，嚴(yán)重地制約了工作面產(chǎn)量的提高。因此，提高煤礦巷道成巷速度的有效措施是錨桿支護(hù)的快速施工及縮短支護(hù)時(shí)間，而提高錨桿支護(hù)速度的主要途徑如下：

（1）提高錨桿支護(hù)施工的機(jī)械化程度；

（2）優(yōu)化施工機(jī)具（開發(fā)大扭矩錨桿鉆機(jī)以提高錨桿預(yù)緊力）；

（3）在巷道斷面尺寸允許的條件下，配置2臺(tái)甚至多臺(tái)錨桿鉆機(jī)同時(shí)作業(yè)，盡量安排頂板錨桿和幫錨桿同時(shí)作業(yè)。

同煤集團(tuán)塔山煤礦是一個(gè)新建千萬噸級(jí)礦井，為盡快投產(chǎn)帶來效益，綜采采區(qū)先投入生產(chǎn)，而盤區(qū)準(zhǔn)備的回采巷道的掘進(jìn)就一直難以跟上，這也就造成了采掘難以正常接替、通風(fēng)路線長以及巷道維護(hù)成本大等問題。目前同煤集團(tuán)塔山煤礦正在準(zhǔn)備的有一盤區(qū)和二盤區(qū)，有11個(gè)掘進(jìn)隊(duì)，其中6個(gè)隊(duì)直接為綜采工作面服務(wù)，5個(gè)隊(duì)負(fù)責(zé)延伸盤區(qū)巷道，正在生產(chǎn)的有綜采一隊(duì)的8107工作面和綜采二隊(duì)的8212工作面。8212工作面目前已進(jìn)入末采期，再過最多5個(gè)月就要生產(chǎn)完畢，而后續(xù)接替的8108工作面和8214工作面至少還得5個(gè)月才能掘好，而安裝設(shè)備調(diào)試最快也得45 d左右，這樣采掘接替非常緊張，礦井設(shè)計(jì)的年產(chǎn)量就難以實(shí)現(xiàn)。為此必須要加快接替工作面回采巷道的掘進(jìn)速度，而掘進(jìn)速度又在很大程度上受支護(hù)速度的限制。所以本項(xiàng)目提出掘進(jìn)與錨桿錨索支護(hù)交叉作業(yè)，而關(guān)鍵設(shè)備為錨桿錨索鉆車，這樣掘進(jìn)機(jī)與錨桿錨索鉆車在掘進(jìn)頭快速交叉掘進(jìn)與支護(hù)，可以達(dá)到較高的掘進(jìn)速度和較好的支護(hù)效果。

2 項(xiàng)目概述

同煤集團(tuán)塔山煤礦位于大同市南郊區(qū)及懷仁縣境內(nèi)，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層較多，煤巖變化頻繁，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層厚度為3.10～11.58 m，平均厚度為8.62 m。煤層中含1～10層夾矸，夾矸厚度在0.30～2.65 m 之間變化，平均厚度為1.44 m，夾矸單層厚度為0.04～0.64 m 之間變化。夾矸巖性為灰黑色高嶺巖、高嶺質(zhì)泥巖及炭質(zhì)泥巖，局部夾有深灰色砂質(zhì)泥巖。鑒于特殊的地質(zhì)情況，原有的掘進(jìn)機(jī)很難適應(yīng)，根據(jù)這一特點(diǎn)引進(jìn)了EBZ－260H和EBZ－260B型大功率掘進(jìn)機(jī)，從而大大地提高了割煤速度，但是在巷道掘進(jìn)作業(yè)整個(gè)循環(huán)中，使用原有的支護(hù)方式其時(shí)間占到了2／3以上，嚴(yán)重制約了快速掘進(jìn)速度，為此研發(fā)了CMM2－15型全液壓錨桿錨索鉆車并進(jìn)行了井下工業(yè)性試驗(yàn)。

3 工業(yè)性試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

通過井下工業(yè)性試驗(yàn)，考核CMM2－15型全液壓錨桿錨索鉆車的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)和性能是否達(dá)到原設(shè)計(jì)指標(biāo)，能否滿足使用需求，驗(yàn)證錨桿錨索鉆車的工作可靠性及與掘進(jìn)機(jī)配套的合理性，找出在使用過程中的薄弱環(huán)節(jié)，以待改進(jìn)與提高。通過本次工業(yè)性試驗(yàn)，對(duì)CMM2－15型全液壓錨桿錨索鉆車的適應(yīng)性和可靠性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，同時(shí)掌握第一手現(xiàn)場測試資料，有利于對(duì)設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步完善，制定更為合理的操作制度和規(guī)程，為設(shè)備的最終定型和推廣使用提供科學(xué)依據(jù)。

4 主要技術(shù)參數(shù)

CMM2－15型全液壓錨桿錨索鉆車主要技術(shù)參數(shù)如下：鉆臂數(shù)量為2臺(tái)、適應(yīng)巷道斷面約為12～22 m2、工作范圍寬為4600～5500 mm、高為2600～4000 mm、外形尺寸（長×寬×高）為5600 mm×1300 mm×2020 mm、最小轉(zhuǎn)彎半徑為2500 mm、穩(wěn)車工作寬度為1300 mm、最小對(duì)地間隙為200 mm、接地比壓為0.10 MPa、鉆進(jìn)錨桿錨索孔為?27 mm、鉆進(jìn)錨桿錨索孔深度0～18 m、鉆進(jìn)錨桿錨索孔用鉆桿規(guī)格為B19 mm、鉆進(jìn)炮孔為?42 mm、鉆進(jìn)炮孔用鉆桿規(guī)格（麻花鉆）?40mm、鉆進(jìn)炮孔深度0～10 m、探測孔?27～?48 mm、探測孔深度為（水平）（f＝3～8）50 m、總裝機(jī)功率為45 k W、機(jī)重約為16 t。

5 結(jié)構(gòu)概述及產(chǎn)品特點(diǎn)

根據(jù)井下完成作業(yè)的種類和性質(zhì)，CMM2－15型全液壓錨桿錨索鉆車設(shè)計(jì)為自移動(dòng)機(jī)械臂式，鉆車具備行走機(jī)構(gòu)、推進(jìn)和鉆孔機(jī)構(gòu)、鉆臂機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)升降機(jī)構(gòu)、前部支撐機(jī)構(gòu)等五大基本機(jī)械功能組件，并依靠液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)完成驅(qū)動(dòng)，錨桿錨索鉆車結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 錨桿錨索鉆車結(jié)構(gòu)示意圖

行走機(jī)構(gòu)用于鉆車在巷道內(nèi)自由移動(dòng)，以協(xié)調(diào)和掘進(jìn)機(jī)的空間分配；推進(jìn)和鉆孔機(jī)構(gòu)用于鉆孔的作業(yè)和推進(jìn)，同時(shí)提供旋轉(zhuǎn)和推進(jìn)兩種運(yùn)動(dòng)；鉆臂機(jī)構(gòu)用于完成對(duì)鉆孔機(jī)構(gòu)的空間支配，以保證多角度、不同高度的作業(yè)；工作臺(tái)升降機(jī)構(gòu)可以使鉆車適應(yīng)于不同高度的巷道作業(yè)；前部支撐機(jī)構(gòu)可保護(hù)作業(yè)人員的人身安全。

工作時(shí)，錨桿錨索鉆車先在巷道內(nèi)移動(dòng)調(diào)整車位，停穩(wěn)后工作臺(tái)升降機(jī)構(gòu)先進(jìn)行高度調(diào)整，然后升起前支撐，最后調(diào)整轉(zhuǎn)臂和鉆孔機(jī)構(gòu)進(jìn)行作業(yè)。CMM2－15型全液壓錨桿錨索鉆車由1臺(tái)45 k W防爆電機(jī)驅(qū)動(dòng)1臺(tái)三聯(lián)齒輪泵，完成整體的驅(qū)動(dòng)和作業(yè)。該車能夠?qū)崿F(xiàn)多角度作業(yè)，整機(jī)外寬為1.3 m，能靈活地在巷道內(nèi)移動(dòng)且不影響掘進(jìn)機(jī)正常工作。

6 工業(yè)性試驗(yàn)

6.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及條件

CMM2－15型全液壓錨桿錨索鉆車用于同煤集團(tuán)塔山煤礦2108掘進(jìn)工作面，2108巷停采線以外為矩形斷面，長度為51.81 m，掘進(jìn)斷面為寬×高＝5.5 m×3.6 m ＝19.8 m2，正常段凈斷面為寬×高＝5.26 m×3.38 m ＝17.78 m2，噴漿120 mm，強(qiáng)度C20，鋪底100 mm，混凝土強(qiáng)度C20。停采線以內(nèi)為矩形斷面，掘進(jìn)斷面為寬×高＝5.5×3.6＝19.80 m2，正常段凈斷面為寬×高＝5.3 m×3.4 m ＝18.02 m2，鋪底100 mm，混凝土強(qiáng)度C20，矩形斷面總長度為2771.43 m。支護(hù)順序如下：

（1）頂部：前探支護(hù)→鋪 “W”型鋼帶→鋪網(wǎng)→打錨桿眼→上樹脂藥、錨桿→上錨桿托板→擰螺母→打錨索眼→上鋼梁、錨索→上錨索托板、鎖具→打壓。

（2）兩幫：打眼→上樹脂藥、錨桿→掛網(wǎng)→上鋼護(hù)板→上錨桿托板→擰螺母。

6.2 試驗(yàn)項(xiàng)目

6.2.1 錨桿錨索鉆車巷道支護(hù)井上試驗(yàn)

為了避免鉆車直接下井試驗(yàn)的盲目性，同煤集團(tuán)塔山煤礦組織鉆車售后服務(wù)技術(shù)人員安排了為期1個(gè)月的井上支護(hù)試驗(yàn)，即在同煤集團(tuán)塔山煤礦井上材料場，將巷道斷面及支護(hù)形式以1∶1的比例焊接為3排錨桿2個(gè)排拒的整體鋼梁框架，錨桿的間距也與井下實(shí)際相同，然后進(jìn)行鉆孔作業(yè)模擬試驗(yàn)。分別進(jìn)行了模型架和工作平臺(tái)的操縱閥試驗(yàn)、臨時(shí)支撐機(jī)構(gòu)的支護(hù)及打幫錨桿作業(yè)試驗(yàn)、打頂錨桿及鉆臂變位幫頂錨桿同時(shí)作業(yè)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了生產(chǎn)現(xiàn)場需求。

通過錨桿錨索鉆車的井上操作訓(xùn)練，了解了該鉆車的性能和穩(wěn)定性，提高了井下技術(shù)員工對(duì)該鉆車整機(jī)的認(rèn)識(shí)和鉆固定角度眼的熟練度，經(jīng)過訓(xùn)練工人可以按最佳操作時(shí)序以相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)間鉆眼，工人之間的協(xié)作配合默契程度提高了，提高了工人對(duì)各種問題的處理能力，達(dá)到了較好的訓(xùn)練效果。

6.2.2 錨桿錨索鉆車井下支護(hù)作業(yè)

（1）掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)和后退。在掘進(jìn)機(jī)落煤后，對(duì)煤巖進(jìn)行裝運(yùn)并清理浮煤后，讓掘進(jìn)機(jī)退出掘進(jìn)頭10 m左右。

（2）錨桿錨索鉆車前進(jìn)進(jìn)行錨網(wǎng)和臨時(shí)支護(hù)作業(yè)。利用左工作平臺(tái)向左變位，將錨桿錨索鉆車左鉆臂擺在鉆車前滑動(dòng)橫梁（長1800 mm）的最左側(cè)位置（此時(shí) “W”鋼帶的中心孔與右鉆車打鉆水套應(yīng)同心），同時(shí)右工作平臺(tái)向右變位，將右鉆臂擺在錨桿錨索鉆車前滑動(dòng)橫梁（長1300 mm）的距最右側(cè)約850 mm的位置，停靠位置可利用放置在超前臨時(shí)支撐機(jī)構(gòu)上的 “W”鋼帶上預(yù)置錨桿孔進(jìn)行定位停車。然后將預(yù)先捆綁好的鋼帶和護(hù)網(wǎng)橫向放置在錨桿錨索鉆車的超前臨時(shí)支撐機(jī)構(gòu)上，隨即利用二級(jí)油缸升起超前臨時(shí)支撐機(jī)構(gòu)，調(diào)整好鋼帶及錨桿錨索鉆車的位置后頂住頂板。

（3）頂板和側(cè)幫支護(hù)作業(yè)。通過工作平臺(tái)升降左右伸展，錨桿錨索鉆車左右鉆臂依次同時(shí)對(duì)頂板的6根頂錨桿孔進(jìn)行鉆進(jìn)以及錨桿支護(hù)作業(yè)，鉆進(jìn)順序可以為由中間向兩幫，也可以由兩幫向中間，還可以由左至右或由右向左逐次每隔兩個(gè)錨桿眼鉆孔及錨桿支護(hù)作業(yè)。完成頂板錨桿支護(hù)作業(yè)后，調(diào)整鉆車工作平臺(tái)高度，并對(duì)鉆臂進(jìn)行變位，由上至下完成巷道兩幫及底角錨桿的鉆孔以及支護(hù)作業(yè)。

（4）巷道支護(hù)完成進(jìn)行錨固質(zhì)量檢測。完成上述作業(yè)后，左右鉆臂同時(shí)收回，超前支撐機(jī)構(gòu)收回，工作平臺(tái)下降，開動(dòng)鉆車行走裝置向前行駛，進(jìn)行定位停車，開始進(jìn)行下一排的錨桿支護(hù)作業(yè)。兩排支護(hù)作業(yè)完成后鉆車恢復(fù)原始狀態(tài)，向后行駛退出掘進(jìn)工作面15 m以后靠幫?？?，掘進(jìn)機(jī)相關(guān)裝備進(jìn)入工作面進(jìn)行下一循環(huán)的割煤掘進(jìn)作業(yè)，最后安檢人員做好錨固質(zhì)量的檢測。

7 效益分析

7.1 社會(huì)效益

（1）提高巷道臨時(shí)支護(hù)可靠性。該鉆車解決了煤礦巷道掘進(jìn)的臨時(shí)支護(hù)難題，保證了巷道頂板的穩(wěn)定，促進(jìn)了巷道掘進(jìn)工藝的改革，提高了掘進(jìn)工作效率。臨時(shí)支護(hù)利用錨桿錨索鉆車的前部支撐機(jī)構(gòu)進(jìn)行錨網(wǎng)的支撐和臨時(shí)支撐前方新掘的頂板，有效防止頂板冒落，保護(hù)操作者的人身安全，試驗(yàn)期間未發(fā)生頂板事故，避免了窩工和人員傷亡。

（2）大幅度提高巷道永久支護(hù)機(jī)械化水平。該鉆車?yán)秒p鉆臂可以同時(shí)鉆進(jìn)，提高了采用錨桿、錨索、錨網(wǎng)及鋼帶進(jìn)行永久支護(hù)的效率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，在鉆車的掩護(hù)下有利于安全作業(yè)，而且錨固力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求能從根本上加固圍巖，采用錨桿錨索鉆車使巷道永久支護(hù)的機(jī)械化水平邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。

7.2 經(jīng)濟(jì)效益

7.2.1 國產(chǎn)化經(jīng)濟(jì)效益

國產(chǎn)錨桿錨索鉆車的價(jià)格約是進(jìn)口錨桿錨索鉆車的1／3（進(jìn)口價(jià)格大約150萬元左右），另外錨桿錨索鉆車的備品配件、維護(hù)保養(yǎng)、培訓(xùn)指導(dǎo)等費(fèi)用也是很可觀的。而更重要的是通過自主研發(fā)和工業(yè)性試驗(yàn)，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究成果和產(chǎn)品，不僅可廣泛用于我國煤礦井下綜采技術(shù)配套，而且可廣泛參與國際競爭，在國際市場上占據(jù)一定的份額，形成具有一定國際影響的掘進(jìn)技術(shù)與裝備。

7.2.2 直接經(jīng)濟(jì)效益

（1）采用錨桿錨索鉆車作業(yè)線后，每班可以減少2名錨桿工，三班就可減少人員6名，按塔山礦井下工人平均每月工資6000元計(jì)，每月可減少工資投入3.6萬元，單個(gè)掘進(jìn)面每年就可減少43.2萬元，起到了減員增效的作用。

（2）采用錨桿錨索鉆車進(jìn)行支護(hù)后，錨桿錨索的錨固力比采用錨桿鉆機(jī)大為提高，接近200 k N，從而間接地減少了巷道的維護(hù)費(fèi)用，在巷道使用期內(nèi)變形較?。ㄔ谠试S范圍內(nèi)），單個(gè)巷道每月維護(hù)費(fèi)用可減少大約30元／m，巷道每月維護(hù)費(fèi)用就可減少9萬元，在10個(gè)月內(nèi)的使用年限內(nèi)可減少維護(hù)費(fèi)用90萬元。

8 結(jié)語

CMM2－15型全液壓錨桿錨索鉆車總體研究成果處于國內(nèi)外先進(jìn)水平，提高了我國綜合機(jī)械化掘進(jìn)水平和掘進(jìn)速度。窄機(jī)身錨桿錨索鉆車解決了掘進(jìn)機(jī)和錨桿鉆機(jī)在巷道內(nèi)錯(cuò)車的問題，降低了對(duì)巷道寬度的要求，使大多數(shù)中窄寬度以上的巷道都可以實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化掘進(jìn)作業(yè)，大幅度提高了工作效率和作業(yè)水平，減少了人力投入，并保障了作業(yè)人員的人身安全。

從2012年10月10日至2013年8月10日，在同煤集團(tuán)塔山礦2108掘進(jìn)工作面對(duì)CMM2－15型全液壓錨桿錨索鉆車進(jìn)行了為期10個(gè)月的工業(yè)性試驗(yàn)，詳細(xì)測試了設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)。經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行，該錨桿錨索鉆車在結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、操控性、可靠性、維護(hù)性等方面都達(dá)到了設(shè)計(jì)和現(xiàn)場使用要求，能滿足井下安全有效的生產(chǎn)需求。

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