掘锚一体机快速掘进技术应用研究_张波.pdf

1462023 年第 5 期掘锚一体机快速掘进技术应用研究张 波（慈林山煤业有限公司夏店煤矿，山西 长治 046000）摘 要 为缓解矿井采掘接替紧张现状，保证采掘衔接，通过分析认为工作面地质条件、控顶距及支护条件是影响掘进速度的主要影响因素，通过引进 EBZ-150 型掘锚一体机设备，采取增设临时支护系统、调整支护参数、优化劳动组织等一系列措施，巷道单进水平最高月进达到 796 m。关键词 采掘接替；掘锚一体机；快速掘进；单进水平中图分类号 TD263.3+2 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.05.047Research and Application of Rapid Excavation Technology with an Integrated Excavator and Anchor MachineZhang Bo(Xiadian Coal Mine of Cilinshan Coal Industry Co.,Ltd.,Shanxi Changzhi 046000)Abstract:In order to alleviate the tense situation of mining and excavation replacement and ensure the connection between mining and excavation in mines,through analysis,it is believed that the geological conditions of the working face,the control of top distance,and the support conditions are the main influencing factors affecting the excavation speed.By introducing the EBZ-150 type excavation and anchor integrated machine equipment,adopting a series of measures such as adding a temporary support system,adjusting support parameters,and optimizing labor organization,the maximum monthly advance of a single footage level in the roadway reaches 796 m.Key words:mining and excavation replacement;digging and anchoring integrated machine;rapid excavation;single footage level收稿日期 2022-10-19作者简介 张波（1990），男，山西晋城人，2008 年毕业于长治职业技术学院采矿工程专业，助理工程师，现在慈林山煤业有限公司夏店煤矿从事掘进技术管理工作。张 波：掘锚一体机快速掘进技术应用研究张 波：掘锚一体机快速掘进技术应用研究1 工程概况夏店煤矿主采的山西组3#煤层埋藏深、厚度大，其 31 采区 3119 工作面埋深 416426 m，上覆为采空区，层间距平均 23 m。伪顶为碳质泥岩，平均厚度为 0.75 m；直接顶含泥岩、细砂岩，平均厚度为6.3 m；老顶为高岭岩、粉砂岩与砾岩，平均厚度为28.63 m。巷道支护方式采用锚网+锚索联合支护，具体支护参数见表 1，支护断面图如图 1。2 EBZ-150 型掘锚一体机技术参数及其特点EBZ-150 型掘锚一体机集截割、装运和行走于一体，能显著提升掘进效率，主要技术指标表见表2。该掘锚一体机具有以下功能特点：1）采用电机和液压混合传动，机身矮，结构紧凑，操作方便、可靠、运转平稳；2）配有内喷雾及外高压喷雾装置，可有效抑制截割时产生的粉尘；3）采用圆锥台形小直径截割头，单刀力大，截齿布置合理，破岩过断层能力强，切割振动小，工作稳定性好；4）截割臂回转、升降可实现联动，能进行弧形截割；5）主要液压件采用进口；6）采用独特的分装分运系统，降低截割煤过程中装运机构的事故发生率，改善装运效果，提高装运能力；7）装有液压锚杆钻机驱动装置，驱动一台或两台液压锚杆钻机作业。3 影响掘进效率主要因素3.1 基础地质条件地质条件是影响掘锚一体机掘进效率的重要因素，地质条件简单有利于最大限度发挥设备工效1。当地质条件发生变化，特别是遇断层、冲刷等地质构造，或者顶板破碎时，掘锚一体机连续作业能力会不同受限。此时，需要通过顶板加强支护、超前预处理顶板、松动爆破、放震动炮等不同的特殊措1472023 年第 5 期张 波：掘锚一体机快速掘进技术应用研究张 波：掘锚一体机快速掘进技术应用研究施，在保证顶板完好、作业环境安全可靠的情况下，实现巷道的快速掘进，发挥掘锚一体机应有功效。3.2 控顶距控顶距的大小直接决定连续掘进的最大长度。当控顶距较小时，正常的一掘一支作业连续性会被打断，待达到支护排距必须停止掘进，支护完成后，方可继续作业，这样就导致循环作业次数降低。同时，为了保证安全生产，控顶距也不宜大。合理的控顶距能够在保证安全的情况下，提升巷道掘进速度2。3.3 巷道支护条件巷道掘进工序耗时统计中支护工序所占循环作业最长，平均占比高达 60%以上，巷道支护条件与维护效果是影响掘锚一体机掘进效率的又一重要因素。因此，合理支护参数的优化及工序的简化，是提高掘锚一体机掘进效率的又一有效措施。表 1 3119 工作面巷道支护参数表支护位置支护物料物料规格/mm间排距/mm备注顶板左旋无纵肋螺纹钢锚杆20240010001000单排6 根菱形金属网锚杆托盘11011010型钢带48002203锚索17.8630020003000单排2 根锚索托盘25025016巷帮左旋无纵肋螺纹钢锚杆18170010001000单排3 根菱形金属网型钢带4502203图 1 3119 工作面运输顺槽断面支护图（mm）表 2 EBZ-150 型掘锚一体机技术指标表技术参数EBZ-150 型掘锚一体机截割功率/kW150截割头转速/（r/min）40最大推进高度/mm4000最大推进宽度/mm5240截割强度/MPa8履带行走速度/（m/min）05.3履带板宽/mm570接地比压/MPa0.11装载形式独立星轮电压/V660/1140适应巷道坡度/（）184 工程实践应用4.1 优化方案根据上述掘进效率的主要影响因素分析，3119工作面运输顺槽重点从缩短控顶距、配套临时支护系统、采用先进探巷技术、优化支护设计、改变循环作业时间等措施提升掘进效率：1）缩短控顶距。3119 工作面运输顺槽顶板条件稳定，两帮均为实体煤，采动影响小，在掘进中采用两掘一支，循环进尺 2 m，降低了停机次数，增加了割煤时间。2）配套临时支撑系统-锚杆钻机 TRS，制定专项安全措施，在保证顶板安全的情况下，缩短临时支护时间。将循环进尺、最大控顶距、最小控顶距分别调整为 2 m、2.6 m 和 0.6 m，并对掘进后顶板情况进行观测。3）采用先进探巷技术。通过引进千米钻孔技术，3119 工作面运输顺槽每千米探水硐室减少 8 个，月探巷次数减少 6 次，掘进班次增加 6 个。4）优化支护参数。根据 3119 工作面运输顺槽巷实际地质条件及掘进过程中揭露情况，利用锚杆支护设计专用软件进行应力数值模拟，将原设计的双梁支护调整为单梁支护，并每日对顶板变形情况记录观测。同时，根据理论模拟和实际观测数据，增大锚杆间距，调整钻孔布置方式，实现每排减少锚杆 13 根，有效降低支护时间。5）改变劳动作业组织形式。由原来四六制生1482023 年第 5 期产方式（3 班生产 1 班检修），调整为三八制生产方式，生产班使用 2 台钻机同时作业，其他班次在班中和交接班时间进行交叉检修。在保证安全条件下，争取更多的生产作业时间3。4.2 工程实践效果按上述优化方案进行增设临时支护系统、调整支护参数、优化劳动组织、健全安全生产管理等改进措施后，掘锚一体机掘进效率提升显著，工人劳动强度得到有效降低，具体指标见表 3。表 3 掘进效率经济指标表指标项指标值班循环数3班进尺/m6日进尺/m18单位循环时间缩短 2/3综合掘进效率提高 1.81 倍通过掘锚一体机及相关配套优化方案的引用，夏店煤矿 3119 工作面运输顺槽掘进速度及巷道一次成型效果均有显著提升，主要如下：1）掘进作业各工序耗时都得到一定程度降低。从割煤始至打第 2 架棚帮锚杆止，整个循环作业各工序耗时统计为：割煤时间平均耗时优化前后无变化，都为 42 min；临时支护由原来上前探梁后使用TRS 临时支护改为直接使用 TRS 临时支护后，平均耗时由原来的 39.5 min 缩短为 9 min；钢带定位、上托盘平均耗时优化前后无变化，都为 4.8 min；打第 1 架棚顶锚杆平均耗时由原来的 32 min 缩短为11 min；联第 2 架棚顶网并进行 TRS 临时支护平均耗时优化前后无变化，都为 8.8 min；打第 2 架棚顶锚杆平均耗时由原来的 39.8 min 缩短为 21.5 min；退机回收钻臂平均耗时由原来的 3 min 缩短为 2.3 min；打第 2 架棚帮锚杆平均耗时优化前后无变化，都为 36.3 min；整体单作业循环时间由原来的 214.5 min 缩短为 132.5 min。2）巷道成型效果佳。掘锚一体机以其全断面的切割方式，保证其巷道成型完整性非常好。成型后的巷道能够做到顶平、帮齐，锚杆支护效果整体横成排、竖成列，较传统的悬臂式巷道掘进方式，在巷道成型上有了显著提升。5 结论1）EBZ-150 型掘锚一体机具有掘进功率大、截割速度快、掘支效率高、设备故障率低、截割一次成巷、成型效果佳等优点，适用于大断面巷道掘进。EBZ-150 型掘锚一体机对地质条件的适应度高，一般的地质构造不会对其掘进效率造成太大影响；前配套钻臂展开速度快，保证其能够快速地进行顶板支护，缩短临时支护时间，提升支护效率的同时，实现安全、高效、快捷的掘进效率；其最大控顶距可达 2.6 m，循环进尺可达 2 m。2）EBZ-150 型掘锚一体机实现了掘锚一体化作业，并在实际生产中最大限度地完成机械化临时支护，在提升作业人员作业环境安全系数的情况下，降低打钻作业时间，不仅降低噪声职业危害，还显著提高班组工效。EBZ-150 型掘锚一体机工作平台设计更加人性化，掘进机司机作业过程中能够实现升降自如，安全性和可靠性强。3）EBZ-150 型掘锚一体机在 3119 巷的实际应用，不仅能有效地提高掘进工作面的掘进进尺及全员工效，而且能够在保证安全生产的前提下，大幅降低职工作业强度，为今后掘锚一体机在夏店煤矿其他工作面的应用提供重要参考。【参考文献】1 丁永成.高效快速掘进系统现状及支护设备发展J.煤炭工程，2020，52（12）：168-171.2 柏建彪，肖同强，李磊.巷道掘进空顶距确定的差分方法及其应用J.煤炭学报，2011，36（06）：920-924.3 陈宇，张洋，耿继业，等.高应力煤巷掘锚护一体化快速掘进工序优化与支护技术J煤矿安全，2019，50（07）：120-123