高艷輝

（山西沁源梗陽(yáng)煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046599）

引言

山西沁源梗陽(yáng)煤業(yè)位于山西省長(zhǎng)治市沁源縣王后鎮(zhèn)后溝村，井田面積為8.033 1 km2，保有地質(zhì)儲(chǔ)量7 379 萬t，設(shè)計(jì)開采儲(chǔ)量2 795 萬t，開采1～11 號(hào)煤層，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為90 萬t/年。梗陽(yáng)煤業(yè)6 號(hào)煤層一采區(qū)開采完成后，其主采的6 號(hào)煤層轉(zhuǎn)到二采區(qū)進(jìn)行開采。由于6 號(hào)煤層二采區(qū)上部距離原神靈礦3 號(hào)煤層采空區(qū)較近，上覆采空區(qū)大量積水對(duì)其安全開采的影響巨大，必須對(duì)6 號(hào)煤層的頂板、兩幫進(jìn)行嚴(yán)格的探放水作業(yè)。該煤礦井下巷道以往主探水鉆機(jī)采用ZDY-800 型煤礦坑道鉆機(jī)，應(yīng)用結(jié)果表明，其存在單次探放水時(shí)間較長(zhǎng)的問題，從而造成巷道掘進(jìn)單進(jìn)水平低。針對(duì)這一情況，該煤礦與山西天地煤機(jī)裝備公司合作，基于液壓鉆機(jī)和掘進(jìn)機(jī)的功能集成化進(jìn)行EBZ200T 型掘探一體機(jī)的開發(fā)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。

1 工作面原鉆探情況分析

梗陽(yáng)煤業(yè)6 號(hào)煤層工作面以往采用ZDY-800 型煤礦坑道鉆機(jī)進(jìn)行探放水鉆孔鉆探。該鉆探鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)為：鉆進(jìn)深度200/150 m、終孔直徑Φ65/Φ75 mm、鉆桿直徑Φ42/Φ50 mm、終孔傾角0～90°、輸出轉(zhuǎn)速76/208 r/min、輸出轉(zhuǎn)矩800/325 N·m、給進(jìn)/ 起拔力50/37.5 kN、給進(jìn)行程850 mm、電動(dòng)機(jī)功率15/18.5 kW。

6 號(hào)煤層與3 號(hào)煤層采空區(qū)之間的平均間距為12.6 m，6 號(hào)煤層工作面受到上覆3 號(hào)煤層大量采空積水的影響，從而造成了6 號(hào)煤層工作面探放水鉆孔鉆探施工的效率低下。主要表現(xiàn)為，6 號(hào)煤層工作面單次探放水時(shí)間從以往的1 d 增加到2 d，探放水鉆探工程進(jìn)尺從255 m 增加為435 m，單進(jìn)水平由350 m降低為205 m。對(duì)以上問題進(jìn)行分析，其主要為：6 號(hào)煤層工作面鉆探施工巷道非常狹窄，而ZDY-800 型鉆機(jī)只能是采用人工進(jìn)行搬運(yùn)，設(shè)備的轉(zhuǎn)移效率低下，同時(shí)造成了多個(gè)安全隱患；巷道施工的每個(gè)鉆孔參數(shù)不同，每個(gè)鉆孔施工都需要對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸、安裝、底錨固定、調(diào)試方位角和傾角，因此施工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)；ZDY-800 型鉆機(jī)在狹窄的巷道內(nèi)進(jìn)行停放時(shí)占用了巷道空間位置，影響到井下巷道材料的運(yùn)輸。

2 EBZ200T 型掘探一體機(jī)的設(shè)計(jì)分析

2.1 設(shè)計(jì)思路

針對(duì)梗陽(yáng)煤業(yè)6 號(hào)煤層工作面巷道鉆探現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)況，為解決鉆機(jī)鉆探施工時(shí)單次探水時(shí)間長(zhǎng)、巷道掘進(jìn)單進(jìn)水平低等問題，從施工工藝及智能化建設(shè)的角度考慮，提出了將鉆機(jī)與掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)掘、探一體化作業(yè)的建議。將以往使用的ZDY-800 型鉆機(jī)調(diào)整為ZY3200 型鉆機(jī)，以EBZ200 型懸臂式掘進(jìn)機(jī)為基礎(chǔ)，進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，將ZY3200 型鉆機(jī)集成在EBZ200 型掘進(jìn)機(jī)上，從而完成EBZ200T 型掘探一體機(jī)的設(shè)計(jì)。

2.2 結(jié)構(gòu)分析

EBZ200T 型掘探一體機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要包括截割部、裝載部、刮板輸送機(jī)、行走部、機(jī)架、回轉(zhuǎn)臺(tái)、液壓系統(tǒng)、水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、物探鉆機(jī)等部件[1-6]。具體介紹如下：

圖1 EBZ200T 型掘探一體機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖

1）切割部。切割部由功率為160 kW 水冷電動(dòng)機(jī)提供輸入動(dòng)力并傳遞給切割頭，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)切割作業(yè)，可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)煤的堅(jiān)固性系數(shù)采用不同的切割策略。

2）裝載部。裝載部由鏟板和驅(qū)動(dòng)裝置組成，通過三爪星輪轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)煤巖的裝載。

3）物探鉆機(jī)。物探鉆機(jī)由基座、滑軌組件和鉆臂系統(tǒng)組成，布置在機(jī)身左側(cè)，液壓鉆機(jī)系統(tǒng)布置情況如圖2 所示。通過操作各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面探孔的前探工作，符合“有掘必探，先探后掘”的煤礦安全施工要求，實(shí)現(xiàn)了掘探平行作業(yè)，提高了掘進(jìn)工作面的施工效率。

圖2 液壓鉆機(jī)系統(tǒng)布置示意圖

2.3 設(shè)備參數(shù)

EBZ200T 型掘探一體機(jī)可以適應(yīng)在斷面9～21 m2的巷道、最大可行走坡度16°，可經(jīng)濟(jì)切割單向抗壓強(qiáng)度≤80 MPa 的煤巖。EBZ200T 型掘探一體機(jī)的設(shè)備參數(shù)如下：

1）掘進(jìn)機(jī)技術(shù)參數(shù)：機(jī)長(zhǎng)×機(jī)寬×機(jī)高=11.03 m×2.81 m×2.1 m，切割臥底深度為250 mm，總質(zhì)量為55.5 t，總功率為250 kW，定位可掘最大寬度和高度為5.7 m×4.1 m，供電電壓為1 140 V。

2）鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)：鉆孔深度≤70 m，鉆桿長(zhǎng)度為1 500 mm，鉆頭直徑為60 mm，鉆桿直徑42 mm，鉆進(jìn)方式為濕式回轉(zhuǎn)給進(jìn)，額定轉(zhuǎn)矩3 200 N·m，額定轉(zhuǎn)速50～175 r/min，主軸傾角0～90°，給進(jìn)/ 起拔力102/70 kN，給進(jìn)行程850 mm，電動(dòng)機(jī)功率為45 kW。

3 工業(yè)性試驗(yàn)

3.1 工程概況

梗陽(yáng)煤業(yè)6202 工作面運(yùn)輸順槽上覆采空區(qū)，平均層間距為12.6 m。6202 工作面輔運(yùn)巷布置在6 號(hào)煤層二采區(qū)，設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度876m，標(biāo)高+1305～+1347m，巷道斷面為矩形，掘?qū)?.4 m、掘高3.4 m，掘進(jìn)斷面18.36 m2。巷道為半煤巖巷，煤層厚度為1.2～2.5 m，平均厚度1.9 m；采用錨、網(wǎng)、索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。6202工作面運(yùn)輸順槽受上覆采空區(qū)大量積水影響，必須進(jìn)行探放水施工作業(yè)，保障開采安全。

3.2 鉆探設(shè)計(jì)

根據(jù)EBZ200T 型掘探一體機(jī)機(jī)載探水鉆機(jī)適用條件，對(duì)探放水設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，探眼調(diào)整為偏中眼。本煤層設(shè)計(jì)鉆孔1 個(gè)，幫部鉆孔2 個(gè)，頂板鉆孔2 個(gè)，探水鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)如表1 所示，鉆探設(shè)計(jì)如圖3 所示。

表1 探水鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)

圖3 鉆探設(shè)計(jì)示意圖

3.3 工藝流程分析

將液壓系統(tǒng)切換至掘進(jìn)液壓系統(tǒng)回路，司機(jī)開機(jī)→由巷道中下部進(jìn)刀，由淺入深，左右擺動(dòng)，達(dá)到設(shè)計(jì)截割深度，按路線截割→斷面完成截割后，升前探梁，掘進(jìn)機(jī)閉鎖→支護(hù)作業(yè)→下一循環(huán)，掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，液壓鉆機(jī)處于閉鎖狀態(tài)，不影響截割部的正常作業(yè)。

3.4 應(yīng)用效果

2021 年5—7 月，EBZ200T 型掘探一體機(jī)在該煤礦6202 工作面運(yùn)輸順槽中進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況來看，EBZ200T 型掘探一體機(jī)工作正常，能夠?qū)崿F(xiàn)掘探連續(xù)作業(yè)，單次探水時(shí)間大幅度降低，巷道掘進(jìn)單進(jìn)水平明顯提高。主要表現(xiàn)為：施工安全性大幅度增加，物探鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械自移，提高了安全系統(tǒng)；機(jī)械自動(dòng)化程度大幅度提高，降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；減員增效效果顯著，僅需要防治水人員1 名；月進(jìn)尺提高了78 m，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的安全經(jīng)濟(jì)效益。