王威

(1.中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006；2.山西天地煤機裝備有限公司， 山西 太原 030006)

0 前言

陜西涼水井煤礦有限公司是由陜西陜煤黃陵礦業(yè)公司與江蘇悅達集團合資組建的股份制企業(yè)，是黃陵礦區(qū)總體規(guī)劃中的大型礦井之一，其地理位置位于陜西省黃陵縣雙龍鎮(zhèn)境內(nèi)，井田面積大約為351.94 km2，煤炭儲量約為9.45億t[1]。近年來隨著綜采技術(shù)的飛速發(fā)展，巷道的開采速度嚴重制約綜采開采速度，生產(chǎn)接續(xù)也日趨緊張，因此涼水井煤礦聯(lián)合山西天地煤機裝備有限公司針對黃陵礦業(yè)的地質(zhì)條件設(shè)計了一種新型的高效快速掘進系統(tǒng)。

整套高效快速掘進系統(tǒng)由綜合掘錨一體機、錨桿轉(zhuǎn)載機組、煤礦用帶式轉(zhuǎn)載機和帶式輸送機用自移機尾組成，該套系統(tǒng)在涼水井煤礦井下303掘進工作面進行巷道掘進，整套系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)錨桿、錨索多排多臂同時作業(yè)，其中綜合掘錨一體機負責(zé)巷道中頂板錨桿和上幫錨桿支護，MZHB6-1200/20型錨桿轉(zhuǎn)載機組負責(zé)錨索支護和補打底部幫錨桿支護。

1 地質(zhì)條件及巷道概況

涼水井煤礦的303工作面為2#煤層，整體屬于侏羅系中統(tǒng)延安組，其中的2#煤層為黑色塊狀，條痕黑色，弱瀝青光澤。同時煤層裂隙水和砂巖裂隙水，含水量較小。煤層厚度變化較穩(wěn)定，煤層厚度一般為2.7 m～5.75 m，平均煤厚5 m，煤層傾角0°～4°，平均1°。此區(qū)域無明顯的沖擊地壓且周邊無老窯、采空區(qū)，不存在老窯、采空區(qū)積水的威脅，礦井瓦斯含量為0.33～0.90 mL/g，平均0.54 mL/g，礦井粉塵具有爆炸危險性。

303工作面的巷道形狀為矩形，采用錨網(wǎng)梁索聯(lián)合支護方式，其中頂錨索采用φ21.8×7 300 mm19芯鋼絞線,結(jié)合T140鋼帶施工，每根鋼帶施工4根；頂錨桿采用φ22×2 800 mm左旋螺紋鋼錨桿配合鋼筋托梁進行支護，每排鋼筋托梁配合7根錨桿進行支護；幫部錨桿采用φ22×2 800 mm左旋螺紋鋼錨桿進行支護，配合復(fù)合網(wǎng)每排支護4根錨桿[2]。

圖1 303工作面的支護示意圖

2 巷道的施工工藝

巷道采用綜合掘錨一體機組進行截割，掘進時嚴格按照地質(zhì)測量部放線掘進。綜合掘錨一體機組掘進過程中首先將截割滾筒調(diào)整至巷道頂板，即升刀；頂部掏槽，將截割滾筒向前切入煤體1 000 mm，即進刀；然后由上向下切入煤體，即割煤；當截割滾筒割到巷道設(shè)計高度時，掘錨機截割部向后退1 000 mm左右，拉底煤使巷道底板平整，裝完余煤，即拉底；每排掘進完成上述一個循環(huán)。

截割一個循環(huán)完成后開始進行錨桿支護，由綜合掘錨一體機組前置的4臺鉆機打頂錨桿，2臺側(cè)鉆打幫部的上3根錨桿[3]。由于錨索支護時間長，在錨桿轉(zhuǎn)載機組中進行4臺頂鉆機打錨索和頂部中間的一根頂錨桿支護，其中錨索支護一排的時間與綜合掘錨一體機組截割一個循環(huán)和支護一排錨桿時間基本相同，整體掘速進度不會由于支護錨索時間而滯后[4]。

錨索支護過程中首先由布置在整機前端的4臺頂錨桿鉆機進行鉆孔作業(yè)，首先調(diào)整鉆架姿態(tài)，操作人員將六棱鉆桿插入鉆箱中，手動調(diào)整鉆箱給進速度，且保持低速運行帶鉆頭進入頂板巖層后開始勻速鉆眼。待第一根鉆桿進入1 000 mm深度時，鉆箱退回,同時在底鉆桿上方接入1根六棱鉆桿中桿，鉆箱繼續(xù)進給鉆孔，直到此中桿全部進入頂板后鉆箱退回，按照上述步驟接入5根長度為1 200 mm的中桿，直到鉆桿深度達到設(shè)計深度7 000 mm，鉆孔完成后將樹脂錨固劑插入孔中，依次將樹脂錨固劑及錨索送入眼內(nèi)，將錨固劑推至眼底。

在底桿上方接入1根六棱鉆桿中桿，鉆箱進給鉆孔，進給至中桿全部進入頂板后，鉆箱退回，按照上述步驟循環(huán)接入5根1 200 mm中桿，直至鉆桿深度達到7 000 mm時停止，之后依次將鉆桿從孔中退出，隨后利用錨索將樹脂錨固劑推入孔中，推至孔底后啟動鉆機進行攪拌,同時將錨索推至孔底，攪拌完成后移開鉆機，在錨索底部裝入托盤和鎖具，利用錨索張拉機進行錨索緊固，完成錨索支護。

3 錨桿轉(zhuǎn)載機組

針對涼水井煤礦支護的特點，研發(fā)了一種錨桿轉(zhuǎn)載機組，在整機的最前端布置4臺頂板錨桿鉆機，尾部布置2臺側(cè)幫錨桿鉆機，中間布置輸送鏈道和破碎部，整體布置如圖2所示。

1-輸送鏈道； 2-破碎部； 3-頂板鉆機； 4-側(cè)幫鉆機。

錨桿轉(zhuǎn)載機組的主要技術(shù)特點有：

1) 整機中的6臺錨桿鉆機能夠同時工作，互不干擾。

2) 整機集支護、轉(zhuǎn)載、破碎等功能于一體，采用模塊化設(shè)計，按照快速掘進系統(tǒng)的要求采用前后重疊搭接的物料轉(zhuǎn)載輸送方式，減少設(shè)備交叉作業(yè)的調(diào)動時間，提高系統(tǒng)在不同煤層賦存條件下礦井巷道錨桿、錨索支護、運輸?shù)臋C械化水平[5]。

3) 鉆機操作系統(tǒng)采用自主創(chuàng)新的電液控制閥組，實現(xiàn)鉆孔作業(yè)的一鍵啟動和自動鉆孔作業(yè)。

4) 側(cè)幫鉆機采用新進的多自由度布置方式，加大了錨桿支護范圍。

5) 針對黃陵二礦松軟底板的煤層特質(zhì)，將原有的履帶板寬度由原來的500 mm改為560 mm，增大了履帶接地面積，減小了接地比壓，適應(yīng)二號煤礦的底板條件。

6) 機載濕式除塵系統(tǒng)和水冷卻噴霧系統(tǒng)，能夠高效地進行除塵,凈化工作面作業(yè)環(huán)境。

4 應(yīng)用情況

黃陵快速掘進系統(tǒng)于2019年1月1日至2019年1月20日在陜西涼水井煤礦地面進行了地面組裝調(diào)試，同年2月9日至2月11日在井下303工作面組裝、調(diào)試。

整套快速掘進系統(tǒng)每班12次循環(huán)，循環(huán)進尺1 m，每班進12 m，日進尺24 m。2月設(shè)備磨合階段完成進尺120 m，3月完成進尺593 m，4月完成進尺608.6 m，5月完成進尺588.8 m，6月根據(jù)生產(chǎn)接續(xù)安排施工301工作面調(diào)車繞道，7月303工作面掘進624.7 m，總進尺2 535.1 m。相比于原有的掘進機掘進方式，整體的掘進速度提升約67%，提高了巷道的掘進速度，滿足了煤礦要求。

整套快速掘進系統(tǒng)在使用中出現(xiàn)過一些問題，但系統(tǒng)并未出現(xiàn)影響巷道掘進生產(chǎn)的故障，其中錨桿轉(zhuǎn)載機組基本達到設(shè)計要求，可完成整套巷道的錨索支護和錨桿支護。

5 結(jié)論

錨桿轉(zhuǎn)載機組在黃陵高效掘進系統(tǒng)中完成全部的錨索支護，且錨索支護速度與高效快速掘進系統(tǒng)的掘進速度匹配，設(shè)備的研制成功解決了現(xiàn)階段掘進巷道的掘、支、運不能平行作業(yè)的問題，同時依靠系統(tǒng)中各設(shè)備之間的協(xié)同控制和信息化聯(lián)動控制，實現(xiàn)整套系統(tǒng)的機械化、自動化和信息化聯(lián)動控制，提高設(shè)備間的聯(lián)動控制，解決了現(xiàn)階段采掘失調(diào)的矛盾。