掘锚一体技术在煤巷快速掘进中的应用.doc

掘锚一体化技术在煤巷快速掘进中的应用栗献中1，2 （1. 河南理工大学， 河南 焦作 454000；2.神华神东煤炭集团昌汉沟煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017000）摘要：提高煤巷快速掘进技术水平,实现采掘均衡协调发展是神华神东煤炭集团昌汉沟矿当前急待解决的一个突出问题。掘锚一体化技术是继长壁综采技术之后,煤矿开采技术的又一项重大技术革新。昌汉沟煤矿引进山特维克矿山工程机械有限公司生产的MB670S型掘锚机，通过现场应用和分析，总结了掘锚一体技术的优缺点以及存在的问题。该矿在煤巷快速掘进中应用掘锚一体化技术取得了初步成果，在确保千万吨矿井综采工作面的衔接方面发挥了无可替代的作用。关键词：掘锚机；昌汉沟煤矿；煤巷快速掘进；51 引言神华神东煤炭集团昌汉沟煤矿2008年实现了采用国产综采设备一矿一井一面年产一千万吨的“四个一”工程。昌汉沟煤矿现装备一综三掘，为适应千万吨综采工作面接续需要，提高煤巷快速掘进速度，确定采用掘锚一体化技术，为此引进了山特维克矿山工程机械有限公司生产的MB670S型掘锚机，自2008年11月10日投入使用，通过一个月试用，一个月提高达到正常使用，到2009年3月15日125天共掘进巷道3500m，平均日进28m，月单进840m，最高月单进1015m，取得初步成果。我国煤巷高效掘进方式主要有三种，第一种是悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业线，也称为煤巷综合机械化掘进，在我国国有重点煤矿得到了广泛应用；第二种是连续采煤机与锚杆钻车配套作业线，在我国神东、万利等矿区及鄂尔多斯地区进行了推广应用，主要掘进机械为连续采煤机，它需要多巷掘进交叉换位施工；第三种是掘锚机掘锚一体化掘进，仅在一些矿区进行了使用，目前处于试验阶段12。掘锚机组是将掘进与支护有机结合起来，减少掘进与支护设备的换位作业时间，在同一台设备上完成掘进和支护工艺。掘锚机组是当今世界上代表高效掘进设备的最高技术水平，煤巷掘锚一体化代表了煤巷快速掘进技术的发展方向，是高产高效矿井技术的重要组成部分。2 工程概况2.1 巷道围岩条件掘锚机施工巷道为该矿5-1煤三盘区151301进风顺槽，设计长度3560米，巷道煤层倾角小于3。上覆基岩厚度为80120m，松散层厚度05m，顶板为灰色粉砂岩和细砂岩,多为泥质胶结,胶结中等-致密,属弱岩石类型,力学强度均不高,结构松散的砂岩在外力作用容易剥落,顶板易失重而垮塌。顶板岩石极易风化破碎，加剧了顶板的不稳定性。5-1煤层厚度变化不大，赋存稳定，水平层理较发育，整体性较好，但强度低，又加上局部裂隙发育，易于垮落。底板为炭质泥岩，为褐黑色和灰色，泥质胶结，遇水易膨胀变软。根据现有巷道揭露看，煤层底板起伏较明显。2.2 掘进工作面断面及支护要求掘进工作面沿夹矸掘进，巷道断面为矩形，规格为宽高=5.0m3.8m，采用锚杆锚索联合支护。锚杆布置形式为矩形，间排距为1.0m1.0m(每排5根)，锚杆均采用161800mm金属锚杆，顶端配一支CK2360型树脂锚固剂锚固，每根锚杆设计锚固力5.0t。锚杆托板采用1501508mm铁托板。施工时为保证正中间的那根锚杆的角度符合要求（锚杆方向应垂直于顶板，允许误差为15），先将靠近两帮的4根锚杆打齐，中间的一根锚杆利用液压锚杆机在早班检修时间统一补齐。锚索均为矩形布置，间排距为2.0m2.0m。锚索采用15.246500mm钢绞线，顶端配2支CK2360型锚固剂，设计锚固力10吨。每掘进4m打2根锚索，剩余的在早班检修时统一补齐。锚索应尽量与岩层面垂直布置，外露长度不超过280350mm。图1 巷道支护断面两帮打锚杆挂塑料网支护，塑料网规格102.5m，横向铺设，其中前行左帮打金属锚杆，右帮打玻璃钢锚杆，帮锚杆间排距为1m1m，锚杆规格均为161600mm。巷道顶板破碎处加挂钢筋网，钢筋网片规格2.5m1.1m，联网间距0.2m。图2巷道顶板平面图2.3 主要设备及其性能掘进工作面设备配套和主要设备性能参数如表1表3所示3。表1 工作面设备配备及工具使用一览表 表2 1#连续运输系统主要技术特征 表3 MB670S型掘锚机主要技术特征表技术特征主要参数技术特征主要参数长宽高11.15.03.2m离地间隙310mm重量92t行走速度3.5/7.0/15m/min总功率546KW输送机速度1.5m/s电压1140V 尾部旋转角左右45度截割头宽度5.0m滚筒直经1150mm采高2.84.4m滚筒转速1.51m/s支护高度2.84.1m频率50Hz生产能力(t/min)装载20t/min切割8.521t/min.2.4 主要施工工艺和参数掘进工作面煤炭的破、落、装、运及巷道的支护均由掘锚机和后配套设备来完成。掘进过程中，采用MB670型掘锚机完成割煤，无线遥控操作，并实现自动装煤工序并且用锚掘机自身四臂锚杆钻机来完成支护工序，机器前进只可以手动遥控操作，支护时可以用手动和自动两种操作方式，机器主要由液压系统控制、操作；采用LY2000型连运一号车完成运煤和破碎工序；并且用转载皮带运输机和皮带完成煤炭的转载工序。主要工艺工程如下：掘锚机截割方式:MB670型掘锚机只能遥控操作，掘进时严格按照中线施工，掘进时每1m为一循环。掘锚机掘进过程中，司机在激光导向仪的指引下，确定煤机停放位置，按巷道尺寸截割深度每两刀后停止掘进，用掘锚机自身锚杆机进行顶、帮支护，按巷道尺寸截割深度每八刀后停机，支护锚索，等待支护完成后，再进行下一刀掘进，掘进10m后挂风筒，掘锚机掘进过程中用遥控器操作，并且观看自身显示屏操作。截割循环:掘锚机截割时，首先通过伸缩截割头将截割头调整至巷道顶板，然后切入煤体(切入深度1.0m)，从上而下截割。当割到煤层底板时，收截割头，截割底煤，使巷道底板平整，装完余煤，再次将截割头调整至巷道顶板，进行下一个循环。采煤机完成从顶板至底板再到顶板，这一过程就称一个截割循环。装载与运输:采用掘锚机自动装煤方式，掘锚机上装有收集头机构和中部输送机，掘锚机截割时，煤落入收集头机构，装在收集头上的爬爪装载机构连续运转，将煤装入中部输送机，中部输送机便将煤转运到等候在掘锚机后的连运一号车内，连运一号车将煤运到身后的跨骑式运输机上，用跨骑式运输机和皮带运输机进行运煤，进入主运输系统运出。掘锚机掘进工艺流程：交接班顺线开动机组落煤运煤支护下一个循环。正规循环进尺1m，生产班循环个数16个，班进16m，全天掘进32m，月进尺800m。检修班进行生产准备和检修。作业方式:工作面采用“三八”制作业形式。两班生产，一班检修。劳动组织：采用一工多能综合作业队伍，每组14人。利用切割掘进时平行作业时，运料人员及时运料至工作面50米处，严禁进入掘锚机工作范围。工作面技术经济指标如表4所示。表4 主要技术经济指标项目单位指标工作面长度m3500巷道掘进断面19在册人数人62出勤率80.6循环进度m1日循环个数个32日进尺m32月进尺m800掘进工效m/工0.49日出煤t808.64月出煤t20216工期月4巷道支护方式锚杆锚索联合支护锚杆定额根/m5锚索定额根/m1油脂消耗kg/t0.15截齿消耗个/t0.023 MB670S型掘锚机应用经验3.1 MB670S型掘锚机主要技术优点MB670S型掘锚机在昌汉沟煤矿的应用取得了较好的成绩，实现最高月进尺1015m的好成绩，表现出了诸多突出技术优点，主要表现在以下几个方面4：(1)掘锚机具有截割速度快，巷道成型好，一次截割宽度即可达到巷道设计宽度5m，。(2)掘锚机有前支护可作为临时支护，前支护到工作面迎头最大1.5m，前支护到顶锚杆距离0.5m1.0m，可有效支护顶板，使施工人员在有支护的顶板下作业，不会出现空顶作业，安全系数高。(3)掘锚机成功的实现了掘锚一体化，除了能够支护顶板以外还自带有打帮锚杆的钻臂，比起人工打的帮锚杆支护质量要好，速度要快，能够及时的控制两帮，防止片帮事故的发生。(4)在生产接续方面，由于受后配套设备的限制掘锚机适合单巷掘进，在单巷掘进的过程中掘锚机可以作到一次成巷，因此减少了巷道后期的维简工序。并且在掘进过程中可以不开或则少开调车硐室，减少了掘进工程量，降低无效巷道掘进比例，提高了掘进效率。(5)掘锚煤机司机使用遥控器操作煤机掘进割煤，煤机司机都是在支护完好的巷道内作业，更能保证作业安全。(6)掘锚机成功的实现掘锚一体化，设备更少，更精，操作简单可靠，因此更加有利于设备的维护与管理。(7)掘锚机掘进过程中不存在着煤机与锚杆机来回倒车现象，相应减少了工作面的危险源。(8)煤机司机使用无限遥控操作更容易把握掘进层位，自身滚筒截割转速慢，规格固定，巷道掘进一次成型，掘进工程质量容易管理，文明生产比较好管理。(9)掘锚机可以自身同时完成顶锚、锚索、帮锚的永久支护，无须频繁调机，履带对底板破坏程度小，安全系数大。3.2 存在的主要问题MB670S型掘锚机在使用过程中，也发现了诸多突出缺点，主要表现在以下几个方面5：(1)与普通悬臂式掘进机相比，掘锚机掘出来的巷道呈标准矩形（掘进机掘进在巷道两顶、底呈弧形），易出现应力集中现象，巷道两帮压力显现明显，易片帮，必须采用打锚杆挂网支护巷道两帮，而悬臂式掘进机不会出现上述情况。(2)对掘锚机司机技术要求高，悬臂式掘进机可采用三个激光指向仪定位，而掘锚机只能使用中间一个激光指向仪定位，而且激光照射到截割头上，不能直接照到工作面迎头，需要司机根据截割头上的激光判断巷道方向。(3)掘锚机体型大，不易左右调向。(4)掘锚掘进设备体积大，重量重，搬家倒面相对要困难。(5)配件更换困难。(6)设备入井和设备搬家倒面困难，要求巷道规格严格。(7)掘锚机开联巷开口跨度大，向左侧开联巷时开口跨度在13米左右，向右开联巷时开口跨度在14米左右，不适合顶板破碎地段掘进联巷或调车硐室。4 结论神华神东煤炭集团昌汉沟煤矿经过四个月的掘锚机应用，从不熟练到较熟练应用，取得了较好的效果，四个月达到了平均月单进854m，最高月单进达到1015m，比普通悬臂式掘进机平均月单进高出350m左右，有效地缓解了回采工作面接续紧张的局面。掘锚联合机组能在解决截割、装运、行走、转载一体化的基础上，实现掘进、锚杆支护同步作业，从而大大提高掘进速度，满足现有高产高效采煤工作面的配套要求。参考文献：1 赵学社 煤矿高效掘进技术现状与发展趋势J 煤炭科学技术 2007 (4)2 徐锁庚 国内外掘锚机组的现状及发展