彬长矿区煤矿快掘设备应用技术_王李平.pdf

彬长矿区煤矿快掘设备应用技术王李平，张小宁，周营振，任鸽鹏(陕西彬长大佛寺矿业公司，陕西咸阳713500)摘要:煤炭行业是国家经济发展的重要组成部分，煤炭资源是我国的战略资源。我国工业快速发展，对机械采煤技术的要求也越来越高，煤炭开采技术需不断创新。对煤矿巷道掘进来说，快速掘进技术及设备应用对经济效益具有直接影响，因此，煤矿巷道快速掘进需要加大对设备应用的研究力度。本文以大佛寺矿为例，对快掘设备的应用及设计的优化进行探讨。关键词:煤矿巷道;快速掘进;掘进技术中图分类号:F4063;TD263文献标识码:B文章编号:10080155(2023)02013303彬长大佛寺矿业公司是彬长集团下属矿井，煤矿综采放顶煤技术的快速发展，使年掘进煤巷尤其是工作面回采巷道的数量与长度大幅度增加，综掘技术的发展滞后于综采工作需求，综掘单进水平仍然较低，掘进速度越来越满足不了生产要求，导致采掘接续持续紧张，影响了正常生产，制约了现代化矿井的发展。因此，引进快掘设备、采用先进技术、优化施工工艺、合理进行劳动组织已迫在眉睫。2021 年 12 月，快掘设备正式在大佛寺矿投入运行，其中有 10 个月的月均进尺在360m 以上，有效缓解了大佛寺矿业公司采掘接续紧张的问题。现对快掘设备的应用及设计优化进行探讨。1 大佛寺矿地质条件根据 40201 回顺巷道实际揭露及周边钻孔资料，40203 运顺煤层厚度 613m，平均 95m，属特厚煤层，煤层结构简单，局部含 02 层夹矸，平均厚度 03m，岩性以泥岩或炭质泥岩为主。40203 运顺老顶:岩性主要为粉砂岩，灰深灰色，波状层理及水平纹理，产植物化石，夹粉砂岩条带，具滑面，夹煤线。直接顶:岩性为泥质粉砂岩，灰黑色块状，含植物化石及黄铁矿结核，易碎，易风化，厚度平均21m，其抗压强度218MPa，软化系数 03，属于较软类不稳定型。直接底:铝质泥岩，灰褐色块状，含铝质较高、植物化石及黄铁矿结核，致密坚硬，光滑细腻，遇水易膨胀，易碎，易风化，平均厚度56m，其抗压强度 165MPa，软化系数 0015，属于极软类不稳定型13。2 大佛寺矿掘进机械设备选用我矿选用的设备为 EJM270/42HA 掘锚一体机，主要适用于煤及半煤岩巷的掘进。该机为掘锚一体机，是为巷道掘锚服务的机械设备。该机的主要特点是整机吨位大，可配备后配套锚护运输设备，实现截割面的及时支护和截割物料的连续运输，实现了掘锚同步、切割硬度高、截齿损耗小、机器稳定性好、操作方便、可靠性高等，施工的效率得到了极大提高。设备示意图见图 1。图 1掘锚一体机设备示意图采用掘锚一体机进行截割及支护、平行作业。采用滑动机架使截割滚筒与装载运输机构整体向前推进割煤，同时，锚杆钻机与履带的主机架保持不动，保证机身稳定，按照支护断面的设计进行支护。按照给定的巷道偏中线调整掘锚一体机至合适位置。将截割滚筒升起并开始掏槽，掏槽后自上而下进行割煤。截割滚筒割到底部后拉底，拉底完成后，确认支护完成，各钻机收回，从工作模式切换到行走模式，掘锚一体机向前行走到位后，再切换为工作模式，开始支护。掘锚可平行作业，掘锚同步，支护不影响掘进，切实提高了掘锚效率4。截 割 滚 筒 的 工 作 长 度 5300 5800mm，直 径1150mm，可经济切割单项抗压强度50MPa 的煤岩，可掘巷道最大宽度(定位时)5358m，最大高度 3542m，巷道断面一次成型，形状为矩形;整机重量 95t，采331DOI:10.13487/ki.imce.023199用 880mm 的加宽履带，接地比压小到 017MPa，最小的离地间隙为 300mm，采用适应巷道坡度12。外形尺寸(LWH)=12500mm5300mm3200mm。掘锚一体机配备 4 台顶锚杆机、2 台帮锚杆机。左右各采用可滑移双顶锚杆机，随平台前后滑移1200mm，可前后单摆 5，可左右滑移 650mm，可左右偏摆 8 5。帮锚杆机设置双滑轨增大上下行程至900mm，可上下摆动 15 30，支护到帮部顶角锚杆可带 15角施工;可随走台平台滑移 1200mm，左右帮锚杆钻机可前后单独滑移 200mm。锚杆钻车，配备 3 台顶锚杆机、2 台帮锚杆机。中顶锚杆钻机可前后滑移 600mm，可前后单摆 5，可左右滑移 300mm，不具备左右摆动功能;左右顶锚杆机可左右滑移 800mm，不可左右摆动，可前后偏摆 15，不可前后滑移。帮锚杆机上下行程 900mm，可上下摆动1530，安装座增加多组安装孔，根据排距调节安装位置，可前后单独滑移 200mm。3 支护参数优化及对比40203 运顺为矩形巷道，其断面尺寸为宽 58m、高37m。帮部采用锚杆、异形钢带、金属网支护，帮部锚杆为 22mm2500mm 螺纹钢，“矩形”布置，间排距800mm800mm。原支护参数:顶板采用锚杆、锚索、W 型钢带、金属网支护。顶板锚杆为 22mm 2500mm 螺纹钢，“矩形”布置，间排距 800mm800mm;顶板锚索采用218mm 7100mm 钢 绞 线，“四 三”布 置，间 排 距1600mm800mm，施工在两排钢带中间，见图 2。图 2原支护参数设计图按图 2 设计的支护参数，掘锚机施工完锚杆后，施工锚索需要移动掘锚机，直接制约了快掘设备的掘进速度。悬吊理论认为，锚杆支护的作用为将巷道顶板较软弱的岩层悬吊在上部稳定的岩层上，以增强较软弱岩层的稳定性，保证锚固区内的岩层不发生离层。对回采巷道经常遇到的层状岩体，当巷道开掘后，直接顶因弯曲、变形与基本顶分离，如果锚杆及时将直接顶挤压并悬吊在基本顶上，就能制约直接顶的下沉和离层，以达到支护的目的。后经研讨，优化支护参数如下:顶板采用锚杆、锚索、W 型钢带、金属网支护，顶板锚杆为 22mm2500mm 螺纹钢，“四三”布置，间排距1600mm800mm;顶板锚索采用 218mm7100mm 钢绞线，“四三”布置，间排距 1600mm800mm，施工在钢带孔内，见图 3。图 3优化后顶板支护参数4 掘锚机与锚杆钻车支护参数分配采用 EJM270/42HA 掘锚一体机和 CMM530(B)煤矿用液压锚杆钻车(以下简称锚杆钻车)完成巷道的永久支护。对掘锚机与锚杆钻车的支护参数进行分配，以切实发挥快掘设备的效能。沿巷道掘进方向的顶部钢带眼从左至右的编号依次为 17，帮部锚杆从顶板向下的编号依次为 15。顶板掘锚一体机施工钢带孔的 1、3、5、7 锚杆，每 3排施工 1 排编号为 2、6 的锚索;剩余为锚杆钻车施工。帮部掘锚一体机施工 1、2、3 锚杆;锚杆钻车施工帮部 4、5 锚杆，见图 4。5 矿压观测采用 GUD350(B)围岩移动传感器及十字布点法对矿压进行观测。51 顶板离层观测每掘进 50m 安装一个 GUD350(B)围岩移动传431图 4掘锚机与锚杆钻车支护分配图感器。巷道的加宽段、硐室的开口处、钻场口、巷道的交叉处或遇到顶板破碎段补打并安装一个 GUD350(B)围岩移动传感器。顶板离层仪安装深度:A 点(9m)、B点(68m)、C 点(5m)、D 点(24m)。顶板离层仪观测频率:当离层仪距工作面正头50m 内，每天观测一次;当离层仪距正头 50m 以外，每周观测一次。如果离层有明显增长，则视情况增加观测次数。数据分析处理:施工单位的技术负责人整理当天汇总的监测数据，并汇报生产技术部。生产技术部指定专人负责监测数据分析，每月将监测的原始记录和分析结果汇总存档。顶板移动量在连续快速下沉或监测数据出现变化异常时，如读数范围内累计下沉 100mm、下沉量超过20mm/d，生产技术部要综合分析出现异常的原因及危害，确定离层层位，制订补强、注浆等加固措施并及时组织落实。52 表面位移观测采用十字布点法安设围岩变形观测站，测点应安设牢固。围岩变形观测站的观测项目为:围岩表面位移，即巷道顶、底板移近量和两帮移近量(顶板下沉、底鼓、左帮或右帮位移)。地质生产条件单一的巷道，测站间距为 100m，每个测站布置 2 个观测断面，观测断面间距 115m;在一条巷道中，当遇到地质生产条件差异明显的地段且其长度大于 20m 时，该段巷道内应至少增设 1 个测站。十字布点法一般按两条测线布置，水平测线根据现场情况确定，垂直测线应与巷道中垂线重合(如遇巷道中线位置悬挂电缆时，可以根据现场情况进行调整)。顶板移近量(下沉)、底板移近量(底鼓)和两帮移近量(鼓帮)等于对应测点的初始距离减去实测距离。锚网巷道测点必须打设木桩点，在木桩点上钉钉子;线绳固定在钉子或膨胀螺栓上，测量数据时以钉子(或螺栓)表面为准;要求测点必须牢固可靠，测点做好后必须使用喷漆设置醒目的标识。表面位移观测频率见表 1。表 1表面位移观测频率围岩表面位移速度 mm/d观测频率51 次/d151 次/2d11 次/7d经过对围岩的严密观测，本矿区围岩性质较为稳定。顶板离层量不超过 10mm;底板为铝土质泥岩，局部底鼓量较大，可达 300mm。引进快掘设备后，掘进速度大大提升。6 结语掘进工作面采用“三八”制作业，即两班(零点班、四点班)生产，一班(八点班)检修的正规循环作业。通过施工工艺的优化、配套机电设备的使用，可以在有限的人力资源下缩短迎头掘进的施工时间，增加进尺的循环次数。经现场统计数据，由综掘小班单进5 排 4m 提高到快掘小班单进 10 排 8m，受冲击地压的影响，圆班进尺不超过 144m，小班平均单进限制在7.2m。综掘日进尺 104m，循环率 95%，生产天数 28d，月进尺 291m;引进快掘设备后，日进尺 144m，循环率95%，生产天数 28d，月进尺 403m，实际平均月进尺为390400m，有效实现了快速掘进。参考文献:1 牛磊大断面软岩巷道综掘快速施工技术J 江西化工，2020(03):454455 2 赵志勇煤矿开拓巷道快速掘进技术研究J 江西化工，2020(02):225226 3 勾建栋岩巷机械化快速掘进设备优化及应用J 机械研究与应用，2018，31(04):199200 4 董雪峰煤矿机械化快速掘进技术质量研究J 当代化工研究，2022(20):8789作者简介:王李平(1988)，男，陕西西安人，本科，工程师，研究方向:采矿工程。531