掘锚交叉综掘工艺应用及研究

，，，

(山西大同大学 煤炭工程学院，山西 大同 037003)

掘锚交叉综掘工艺应用及研究

苏芳，王晨升，武维承，吕兆恒

(山西大同大学煤炭工程学院，山西大同037003)

我国煤矿大多存在着“掘进快、支护慢”的问题，严重制约着煤巷掘进速度。为提高掘进速度，改善塔山矿当前施工状况，通过对塔山矿掘进工艺进行研究，在原有设备的基础上开发了与之配套的支护设备，有效提高了锚杆支护的施工速度，缩短了支护时间，实现了掘锚交叉综掘工艺。经过应用测试，结果证明该工艺的实施较为明显地提高了支护作业水平，掘进速度提高41%，较大改善了工人作业环境，提高了效益。

掘锚交叉；掘进工艺；支护

塔山矿井地质构造复杂，断层较多，煤岩变化频繁，煤层结构复杂，利用厚度3.10～11.58m，平均8.62m。煤层中含1～10层夹矸，夹矸厚度在0.30～2.65m之间，平均1.44m，夹矸单层厚度在0.04～0.64m之间。夹矸岩性为灰黑色高岭岩、高岭质泥岩、炭质泥岩，局部夹有深灰色砂质泥岩[1-4]。鉴于特殊的地质情况，原有的掘进机很难适应，根据这一特点引进了三一重装EBZ-260H和佳木斯EBZ-260B大功率掘进机，从而大大地提高了割煤速度，但是在巷道掘进作业整个循环中，使用原有的支护方式，存在“掘进快、支护慢”的问题，支护时间占了2/3以上，严重制约着快速掘进[5-8]。国内学者对支护作业做了很多研究[8-10]，但没有一个完全吻合的模板可应用于塔山矿。因此，作为一个新建矿井，为尽快投产带来效益，综采采区先投入生产，而盘区准备的回采巷道的掘进就一直难以跟上，也就造成了采掘难以正常接替，通风路线长，巷道维护成本高等问题。在不更换现有装备的前提下，为加快巷道快速掘进的步伐，急需研究一种适合于塔山矿实际生产情况的新技术、新工艺。

1 掘锚交叉综掘工艺

以配合现有的掘进设备、适应塔山矿巷道实际情况为前提，开发设计支护设备——锚杆钻车，用该设备与掘进机配合作业实现掘锚交叉综掘工艺。

首先，掘进机在工作面迎头进行一次割煤作业，锚杆钻车则停靠在掘进机后方的侧帮处，不影响掘进机正常作业，如图1(a)所示。

1—护网；2—掘进机；3—桥式转载机；4—锚索；5—锚杆；6—胶带运送机；7—锚杆钻车图1 掘进工作面锚杆钻车布置

然后，在掘进机完成一次割煤循环作业后，掘进机后退并尽量贴帮停放。锚杆钻车行驶到迎头进行锚杆支护作业，从顶到帮依次钻孔和进行支护作业，每个支护排距0.9m，完成1.8m支护循环，如图1(b)，(c)所示。

最后，当锚杆钻车完成所有锚杆、锚索支护作业后，钻车收回各执行机构后， 退至掘进机后方停靠。掘进机启动前行至工作面迎头，进行下一循环割煤作业。如此循环作业，完成巷道的快速掘进。

掘锚交叉综掘工艺能够有效地解决塔山矿快速掘进中面临的难题，加快巷道掘进速度，降低人力投入，提高生产能力。

2 掘锚交叉综掘工艺实际应用

为研究掘锚交叉综掘工艺的实际应用情况，在2012年10月至2013年8月期间，对塔山矿2108掘进工作面进行了实地跟踪记录，记录结果如下表1～表4所示。

表1 两种支护手段作业情况对比

表2 两种作业主要工序工时统计结果对比

表3 两种支护手段锚杆工程质量对比

表4 两种支护手段锚索工程质量对比

由表1可知，原掘进队一天需要60人，新型掘进队一天需要54人，每天少用工6人，减员10%。

锚杆钻车在2108巷使用期间，支护一根2.5m锚杆用时3min，支护一根8.3m锚索用时10min，完成2排支护用时1h15min，比传统支护节省40min，工人操作不熟练的情况在2013年5月完成进尺472m，与该队5208巷平均进尺362m相比，提高效率41%，并且支护更加规范标准，操作熟练后进尺完全可以达到500m以上。

原掘进队的掘进工效为0.21m/工，新型掘进队的掘进工效为0.31m/工，比原来提高了0.10m/工，掘进工效提高了33.3%。

塔山矿由于煤质酥松、结构复杂、帮部成型差，帮锚杆安装完全依靠人工操作钢护板与煤壁不能紧密结合，造成在锚杆紧固时锚杆螺扣外露长甚至无扣，既不符合标准又达不到预紧，而锚杆钻车钻孔、安装锚杆，紧固、卸帽、预紧完全依靠设备完成，通过钻臂液压油缸使钢护板紧贴煤壁。由表2，表3和表4可见，新的支护工艺缩短支护时间的同时有效地保证了施工质量，彻底解决了锚杆外露长和预紧力不够的弊端，有效地控制了钻孔深度和锚杆的排间距，从而提高了质量，完善了标准。

3 应用中出现的问题及讨论

自2012年10月使用液压钻车以来，已顺利掘进巷道超5000m，同时，一些问题也暴露出来。

(1)选用液压钻车的巷道必须满足的条件很多，例如巷道的净高、净宽。由于锚杆钻车(宽1.3m)与机组在进出过程中需要相互平行，所以要求巷道必须保证有足够宽度，不适于在断面小的巷道作业，且不同巷道宽度，对锚杆钻车的宽度要求不同。在巷道需要补强支护时液压钻车不可能马上到达工作地点，而锚杆机则可以随叫随到。在日常检修方面液压钻车检修和维护量大于锚杆机。针对锚杆钻车的宽度要求，可设计开发一系列型号的锚杆钻车，以应对不同巷道宽度的作业，因锚杆钻车的宽度涉及工作性能，所以需要综合考虑。

(2)钻臂连接底座小，稳固性差，重心不平衡，特别是掘进下山巷道时，钻车钻臂部分平台需要调平，导致钻车重心向前，对安全生产不利。因此，在大倾角斜巷中用锚杆钻车进行支护作业，必须在钻车底座增加支撑油缸，以增加其稳定性。

(3)钻车钻臂上的管路是外露的，当钻车在巷道内移动时，容易碰到煤壁造成油管接头损坏，特别是在巷道宽度紧张时，因此，应改成封闭式，增加防护罩。

(4)锚杆钻车工作平台最小高度偏低，当掘进面浮煤高度达到一定高度时，钻车前进有困难，因此应将其调高。

(5)液压钻车钻臂调整油缸间隙大 ，油缸伸到位后，回收时困难，不灵活。此外，底座连接螺丝和各伸缩油缸容易损坏。因此，需要对其液压控制系统进行升级改造，尽量在保证作业安全的前提下，实现轻量化设计。

(6)掘进机和锚杆钻车配合作业，要相互交换场地，增加了工序。因此，在后续的研究中，应考虑增加配套设备，使掘进和支护同时进行，从而使掘进速度进一步提高。

4 结论与展望

掘锚交叉综掘工艺解决了塔山矿巷道掘进的支护难题，保证了巷道顶板的稳定、促进了巷道掘进工艺的改革、提高了掘进工作效率。支护设备——锚杆钻车能跟塔山矿现有的掘进机配合，在现有巷道条件下、在同一巷道内进行作业，较大地提升了掘进速度和工作效率，真正实现巷道的快速掘进，减少人力投入、改善作业环境和降低作业强度，实现综合机械化快速掘进。

实践证明掘锚交叉综掘工艺的实施实现减员10%，效率提高41%，工效提高了33.3%。

展望未来掘进工艺的发展，现有的掘锚交叉只是掘进工艺向着整体机械化、自动化和智能化方向发展道路上的一种过渡工艺，是在现有的技术水平上提升掘进速度的一种方式[11，12-13]。因此，在后续的研究工作中，将会在掘锚交叉的基础上开发自移动超前支架，配合支护设备和掘进设备作业，从而实现掘锚同时进行，进一步提升掘进速度。

[1]邢彦文.塔山矿石炭系特厚破碎煤层巷道支护技术[J].煤炭科学技术，2007，35(3)：10-12.

[2]马有财.塔山矿全液压锚杆钻车的开发与应用[J].煤炭工程，2011 (1)：31-32.

[3]王 虹.我国综合机械化掘进技术发展40a[J].煤炭学报，2011，35(11)：1816-1820.

[4]Belle B K, Van Zyl F J, Du Pless is J JL.Summary report on underground road header environ mental control[R].CS IR Research Space, 2002.

[5]王金华.全煤巷道锚杆锚索联合支护机理与效果分析[J].煤炭学报，2012，37(1)：1-7.

[6]张成文，杨万斌.深部高应力全煤巷道支护技术[J].煤矿开采，2010，15(4)：63-64.

[7]康红普.煤巷锚杆支护成套技术研究与实践[J].岩石力学与工程学报，2005，24( 21)：3959-3964.

[8]王金华，康红普，高富强.锚索支护传力机制与应力分布的数值模拟[J].煤炭学报，2008，33(1)：1-6.

[9]牛福龙.塔山矿松软煤层中特大硐室掘进与支护技术[J].煤炭科学技术，2008，36(11)：31-32.

[10]孔建军，陆幼鲁，卢孟学，等.综合机械化快速掘进装备技术研究与探索[J].煤炭工程，2006，25(2)：50-52.

[11]赵宏伟.我国煤矿岩巷快速掘进技术现状及展望[J].煤炭科学技术，2012，40(1)：5-7.

[12]Copur H, Ozdemir L, Rostami J.Roadheader applications in mining and tunneling[J] .Mining Engineering, 1998，50(3).

[13]王国法.煤矿高效开采工作面成套装备技术创新与发展[J]. 煤炭科学技术，2010，38(1)：63-68.

[责任编辑：王兴库]

Application of Full-mechanized Driving Technique of Driving and Anchoring Cross-operation

SU Fang, WANG Chen-sheng, WU Wei-cheng, LV Zhao-heng

(Coal Engineering School, Shanxi Datong University, Datong 037003, China)

There is the problem that driving speed was affected seriously by slow supporting in Chinese collieries.In order to increasing driving speed and improving construction state in Tashan Colliery, by developing supporting equipment mating with driving machine, anchored-bolt supporting speed was increased and supporting time was shortened.Thus, full-mechanized driving technique of driving and anchoring cross-operation realized.Application showed that this technique largely improved supporting level.Driving speed was increased 41%, working environment was improved and economic benefit was increased also.

driving and anchoring cross-operation; driving technique; supporting

2014-04-07

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2014.06.019

大同煤矿集团公司资助项目

苏 芳(1986-)，女，山西朔州人，助教，主要从事矿山机械研究工作。

苏 芳，王晨升，武维承，等.掘锚交叉综掘工艺应用及研究[J].煤矿开采，2014，19(6)：74-76.

TD421.5

A

1006-6225(2014)06-0074-03