基于掘錨一體機的巷道快速掘進技術(shù)

李耀暉 李青安 解小春

掘錨一體機代表著巷道掘進設備的最高技術(shù)水平，引領(lǐng)著煤巷快速掘進技術(shù)的發(fā)展方向[1]。同煤集團金莊煤業(yè)公司采用掘錨一體化技術(shù)，引進了MB670型掘錨機及其配套設備，并進行了現(xiàn)場工業(yè)性試驗，取得了較好的技術(shù)和經(jīng)濟效益。

1 掘錨一體機簡介

奧鋼聯(lián)MB670 型掘錨機是實現(xiàn)掘錨一體化比較常見的一種掘進機（圖1），采高2.9 m～4.5 m，長×寬×高為11.21 m×4.7 m×2.8 m，重量95 t，總功率510 kW，電壓1 140 V，最大切割面5.5 m×4.1 m，行走速度可調(diào)3.5、7.0、15 m/min，橫向適應傾角5°，縱向18°，裝載及運輸能力25 t/min。配置錨桿機6臺，4臺頂錨桿機和2臺幫錨桿機，頂錨桿機緊靠截割滾筒后布置，可使空頂距最小，保證作業(yè)安全，使截割和支護同時作業(yè)，可適應頂板穩(wěn)定性差的煤層。該掘錨機實現(xiàn)了無線遙控，可實時監(jiān)控掘進狀況，在掘進過程中，滑動機架前移，履帶原地不動，因而不會對松軟底板造成破壞[2]。

圖1 MB670型掘錨機外形圖

2 工程概況

2.1 巷道地質(zhì)條件

金莊煤業(yè)公司3#-5#層北四盤區(qū)8404 首采面位于北四盤區(qū)中部，貫穿盤區(qū)東西，兩條順槽方位275°，東部為北四盤區(qū)三條大巷，其余三面均為實煤區(qū)，工作面巷道布置如圖2 所示。工作面煤層結(jié)構(gòu)復雜，沿推進方向，煤層分開、合并交替出現(xiàn)，近一半煤層為3-5#煤層分開區(qū)，5#層厚10.85 m～17.10 m，平均14.67 m，3#層厚2.73 m～9.62 m，平均5.13 m，夾矸巖性主要為泥巖、炭質(zhì)泥巖及高嶺質(zhì)泥巖，厚0.82 m～1.59 m，平均1.18 m，煤層合并區(qū)煤厚17.10 m～26.24 m，平均19.80 m。工作面上方賦存均厚0.21 m的偽頂，直接頂為泥巖、細砂巖，厚1.79 m～6.18 m，平均3.81 m，老頂為粗砂巖、中細砂巖，5.71 m～12.54 m，平均8.34 m，直接底為均厚2.13 m的高嶺質(zhì)泥巖、泥巖，老底為粉砂巖、細砂巖，4.05 m～8.92 m，平均5.84 m。煤層硬度f=2～3，具有煤塵爆炸性，煤的自燃發(fā)火期為3～6 月，正常涌水量5 m3/d，最大涌水量15 m3/d，屬于低瓦斯礦井。

圖2 工作面巷道布置圖

2404運輸平巷為掘錨機掘進工作面，煤層傾角較緩，平均4°，整體傾向西北。煤層從巷道開口逐漸下沉，從1 120 m開始先抬升后下降，至2 000 m傾角較大約7°，2 000 m～4 400 m傾角逐漸變緩至1°左右。

2.2 巷道支護參數(shù)

2404 運輸平巷全長4 265.25 m ，斷面為矩形，掘進尺寸寬×高=5.5 m×3.6 m，沿底板掘進，巷道頂板采用“左旋無縱筋螺紋鋼錨桿＋鋼筋網(wǎng)＋錨索＋W 鋼帶”聯(lián)合支護；兩幫采用“螺紋鋼錨桿+8#菱形網(wǎng)”聯(lián)合支護。巷道支護如圖3所示。

圖3 2402運輸平巷斷面支護圖

2.3 施工工藝和參數(shù)

2404運輸平巷采用奧鋼聯(lián)MB670型掘錨機，以及后配套設備梭車、連運車、帶式輸送機等，按設計要求一次切割成巷并同時完成掘進面的破、落、裝、運煤及支護工作。

割煤工序：掘錨機掘進時，巷道一次成形，循環(huán)進度1.0 m。具體截割過程：首先行走掘錨機，上升截割頭，使其調(diào)整至巷道中部，并與前方煤壁接觸，然后伸出掘進機臨時支撐機構(gòu)，運轉(zhuǎn)截割頭與中部的運輸機，升起截割頭至巷道頂板后，使其切入煤體1.0 m深，自上而下割煤。當割至煤層底板時，收截割頭，截割底煤，使巷道底板平整，裝完余煤，再次將截割頭升起，調(diào)整至巷道頂板，進行下一個循環(huán)。

裝煤工序：利用掘錨機上設有裝載機構(gòu)（裝煤鏟板和三星輪裝載機構(gòu)）和輸送機來完成裝煤工序。掘錨機割煤時，煤落在裝煤鏟板上，同時圓盤耙桿連續(xù)運轉(zhuǎn)，將煤炭裝入中部運輸機，運輸機再將煤裝入后面等待的梭車內(nèi)。

運輸工序：采用梭車運煤時，梭車停在掘錨機后面，等待裝煤，當梭車前部裝滿時，開啟中間的輸送機向后運煤，裝滿轉(zhuǎn)運至聯(lián)運車，破碎后，再將煤轉(zhuǎn)運到2404輔運聯(lián)巷輸送機上，經(jīng)北四盤區(qū)輔運大巷和主斜井主運輸系統(tǒng)運出到地面。

支護工序：掘進面的臨時支護作業(yè)通過掘錨機的液壓支撐架和錨桿機的支護頂蓬來實現(xiàn)。掘進過程中，首先升起液壓支撐架護住頂板，然后再進行割煤。打頂錨桿時，也必須先將錨桿機的支護頂蓬支撐到工作區(qū)域頂板上，再進行鉆眼工作。掘錨機支護工序的具體作業(yè)順序為鋪網(wǎng)、鉆眼、安裝錨桿、緊固錨桿。

勞動組織：采用“四六”作業(yè)制和正規(guī)循環(huán)作業(yè)方式，三班生產(chǎn)，一班準備，循環(huán)進尺1.0 m，每班8 個循環(huán)，每日24個循環(huán)，日進尺24 m，每月按25天計算，共掘進600 m。全隊在冊人員為75 人，則掘進工效為0.32 m/工。

3 現(xiàn)場應用效果

奧鋼聯(lián)MB670 型掘錨機在金莊煤業(yè)公司厚煤層寬斷面的巷道掘進中取得了較好的技術(shù)和經(jīng)濟效果。在現(xiàn)場應用中，最高日進尺31.2 m，日均進尺25.4 m。2015 年2 月份完成進尺448 m，之后進度逐漸加快，6月份實現(xiàn)了最高月進尺686 m 的好成績，而使用普通EBZ260 掘進機在8206 工作面運輸平巷同期的施工中，完成月進尺446 m，對比可知，使用掘錨機掘進效率是掘進機的1.54倍。隨著作業(yè)人員熟練程度的不斷提高，掘進進尺將會穩(wěn)步增加。

掘錨機的主要技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在以下5個方面：

（1）單巷掘進速度快，斷面成型好，一次截割寬度即為達到巷道設計寬度5.5 m，掘錨機可同時進行掘進和錨桿支護，掘進速度大為提高。

（2）可利用自帶的液壓支撐架進行臨時支護，有效支護頂板，避免空頂作業(yè)，安全性好，最小空項距為1.8 m，最大空頂距為2.8 m。

（3）錨桿支護質(zhì)量好，速度快，勞動強度低。能同時完成頂錨桿支護和幫錨桿支護，有效防止片幫的發(fā)生，降低個人的勞動強度。

（4）掘錨機單巷掘進，可減少聯(lián)絡巷道工程量，減少無效進尺，降低掘巷成本。

（5）使用無線遙控操作，截割速度慢，能夠保證掘進工程質(zhì)量，同時司機作業(yè)也安全。

4 結(jié)論

奧鋼聯(lián)MB670 型掘錨機經(jīng)過在金莊煤業(yè)公司6個月的現(xiàn)場試驗，取得了較好的應用效果，與普通懸臂式掘進機及其配套作業(yè)線（月進尺400 m）相比，月進尺比要高出280 m 左右，有效地緩解了采掘接替失調(diào)的局面。同時，掘錨一體化，實現(xiàn)了及時支護，避免了空頂作業(yè)，保證了工人安全，使掘進和錨桿支護平行作業(yè)，進而大大提高了掘進速度，滿足了安全高效回采工作面的正常接續(xù)要求，因此，掘錨一體機在開采條件具備的礦井中具有廣闊的推廣應用價值和發(fā)展前景。