掘锚探一体机在大断面巷道掘进中的应用

袁文丰,宋 杰

(1.山西煤炭运销集团长治有限公司,山西 长治 046000;2.山西长治王庄煤业有限责任公司,山西 长治 046000)

掘锚探一体机在大断面巷道掘进中的应用

袁文丰1,宋 杰2

(1.山西煤炭运销集团长治有限公司,山西 长治 046000;2.山西长治王庄煤业有限责任公司,山西 长治 046000)

针对目前矿井掘进开采中存在的问题,并为提高大断面巷道的掘进速度和巷道成巷质量,确保掘进施工安全,王庄煤矿通过对原有EBZ200综掘机进行技术改造,在原综掘机基础上配套了锚杆钻机和探水钻机,组合成新型掘锚探一体机,并在巷道掘进工程中成功应用,取得显著的经济效益和技术效益。

掘锚探一体机;掘进;支护

随着国内煤矿机械化技术的迅速发展,采掘装备的研制、生产和应用均有了长足的进步[1-4],目前大多数矿井在巷道掘进施工中采用悬臂式掘进机配合锚杆钻机进行掘进作业。这种作业方式存在的主要问题是综掘机开进退出非常频繁,开机率不高,锚杆钻机依靠人工频繁搬动,辅助作业时间较长,占用人员多、工人劳动强度大,导致矿井掘进效率低、单进水平低下等问题。此外,由于近年来掘进工作面老空水害事故时有发生,山西省严格要求省内各煤矿在巷道掘进时做到“有掘必探”,每个掘进工作面必须配备探水钻机。综掘机、锚杆钻机、探水钻机“三机”进退频繁,作业空间狭小,影响掘进进尺,并带来潜在的安全隐患。因此,研究出一种新型的综掘配套技术,通过减少设备搬迁,降低工人劳动强度,提高设备开机率,进而提高矿井的进尺水平,是建设现代化高产高效矿井一个亟待解决的问题。

为适应采煤工作面快速回采的需要,提高巷道掘进速度,实现采掘平衡,王庄煤矿经过两年多的研究摸索,将掘进工作面“三机”进行有效的融合,形成了掘锚探一体机,并在巷道掘进工程中成功应用,取得了显著的技术经济效益。

1 矿井概况

山西长治王庄煤业有限责任公司位于山西省长治县荫城镇西陕村,生产能力为240 t/a,矿井采用一井一面、斜井开拓方式,布置主斜井、胶轮车运输副斜井、进风斜井和回风立井,属于瓦斯矿井。主采煤层为二叠系山西组3#煤层,煤质为贫煤,平均煤厚5.08 m,结构简单,含0-3层夹矸,煤层厚度稳定,为全井田可采的稳定煤层。煤层顶板多为中、细粒砂岩,局部为泥岩、砂质泥岩;底板多为泥岩、砂质泥岩、局部为细砂岩。地质类型为简单,水文地质构造为中等。目前,回采工作面采用大采高一次采全高综采工艺,掘进工作面全部实现了综合机械化掘进,巷道均为断面积20 m2以上的超大断面巷道,支护方式为锚网索联合支护。

2 掘锚探一体机改装

2.1 掘锚探一体机构成

王庄煤矿通过将综掘机、锚杆钻机和探水钻机进行合理的组装,充分发挥三套设备的性能,形成了新型的掘锚探一体机。

改装后的掘锚探一体机由行走机构、升降平台、伸缩钻臂、铲装机构、割煤机构五个主要部分组成,各结构的用途如下:

图1 掘锚探一体机结构示意图Fig.1 Structural Diagram of tunnel-anchoring-exploring machine

行走机构分别由两台液压马达驱动,通过减速机构驱动链轮带动履带实现行走,履带涨紧机构由涨紧轮组、涨紧油缸组成,涨紧轮组通过涨紧油缸的伸缩运动可调整履带的涨紧程度。

在行走部的结构上,设有升降平台装置。升降平台装置是由连杆、支承油缸、升降架等部件组成,可做到0 mm～800 mm行程的升降,能很好满足锚杆支护操作人员进行高空作业的要求,同时升降平台两侧翻板及滑板展开后宽度可达4.6 m,使得作业人员的作业空间大大提高。

临时支护机构装于升降平台前部中间位置,支承方筒在支护调整油缸的作用下可前后多角度变化,使临时支护顶梁更好的支撑顶板。临时支护机构的主要作用是:起到临时支护的目的,让锚杆支护工处于临时支护下工作,防止突然顶板塌陷、冒落伤人。辅助工人将顶网铺设到顶板,大大降低工人劳动强度。

伸缩钻臂可适用于掘进工作面断面宽度5.5 m～6 m、高度3.8 m～5 m的巷道,并且在结构和功能上可配合升降平台工作。该机构可根据巷道不同高度情况,通过升降平台来调整人员的作业高度,从而实现巷道顶板锚索孔、侧帮上的锚杆孔、炮眼孔、探水钻孔及瓦斯钻孔的机械化作业施工。

在改造过程中,充分考虑目前矿井有掘必探的要求,利用钻臂动作灵活性增加了施工探测孔的功能。从而使得该机不仅能施工锚杆(索)孔,而且处于巷道迎头的炮眼孔、探水孔及探放瓦斯孔均能方便使用该机构进行机械化施工作业,大大扩大了设备的作业面和适用范围,同时也方便了井下作业,减少了井下设备种类,优化了巷道设备配置。

2.2 掘锚探一体机的应用情况对比

2.2.1 经济效益

1) 改造前:

工作面设备配置:EBZ200综掘机1台、310万元,MYT150锚杆钻机3台、18 803元/台,两台泵站、1.5万元/台,3台50帮机、3 080元/台,两台ZYJ-160/460型架柱式液压回转钻机、18.5万元/台,合计356.6万元。

2) 改造后:

综掘机310万元、改造费用120万元,合计430万元,多投资73.4万元,但一次投资,整体性好,能够完成掘进工作面探水、掘进、锚杆支护三个工序的作业。

2.2.2 技术效益

1) 改造前：人工搬运锚杆机、探水钻机等设备,在大断面迎头进行探水、支护作业,存在一定安全隐患。

掘进机割煤,出煤后,后撤5 m,然后将锚杆钻机、探水钻机人工移至工作面,进行支护、探水,完成后再将锚杆钻机、探水钻机移出工作面。日出勤34个、进尺8 m。

综掘机需要多次进退机、探水钻机、锚杆钻机要二次搬运,设备的维护工作量、费用增加。改造后,系统结构简化,整机动作,共用一套液压系统,省去锚杆钻机、探水钻机的动力源费用。

2) 改造后:工人在综掘机上部平台即可完成探水、掘进、支护三个工序,简单、方便,安全性进一步提高。

人员较少,除更换钻杆、装锚杆、装药工序外,其余操作均由一人完成,日出勤31个、进尺10 m,掘进工效提高0.09 m/工。

可以给工人提供较为宽松的作业环境,割煤、出煤后,不需后撤掘进机就可完成支护、探水作业,只需简单操纵阀柄即可完成,工人劳动强度降低。

2.2.3 综合分析

使用改造后的掘锚探一体机在巷道掘进中具有显著的技术经济效益,巷道日进尺由8 m提高到10 m,人工费用按照150元/人,巷道掘进费用按照5 000 元/m,年出勤工日330 d计算,每年可提高660 m的进尺水平,年创效271.45万元。

表1 掘锚探一体机综合分析

3 结束语

经过王庄煤矿一年多的现场应用,掘锚探一体机结构合理,机构紧凑,运转灵活,操作方便,是实现大断面巷道快速、高效、机械化掘进支护的一种有效装备,并具有如下优点[5-13]:

1) 掘锚探一体机钻臂动作灵活,可实现不同位置和角度的旋转,并进行全方位的顶板、侧帮锚杆、锚索、探水钻孔及瓦斯钻孔的施工作业。

2) 利用可升降的临时支护机构,在迎头空顶下可对作业人员进行保护;同时,设有可升降的作业平台,两组钻臂可随作业平台上下升降,以满足不同巷道高度的施工要求,方便作业人员操作。

3) 通过改造后,可实现真正的掘进迎头的探、掘管理,从设备上保证“有掘必探,不探不掘”,确保掘进机在安全控制范围内掘进。

4) 改造后的掘锚探一体机在巷道快速掘进中进行了成功的应用,取得了显著的技术经济效益,并可在类似条件的巷道掘进中推广应用。

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ApplicationofTunnel-anchoring-exploringMachineintheRoadwayExcavationwithLargeSection

YUANWenfeng1,SONGJie2

(1.ShanxiCoalTransportationandMarketingGroupChangzhiLtd.,Changzhi046000,China;2.WangzhuangCoalCo.,Ltd.,Changzhi046000,China)

According to current problems in mining, old tunnel-boring machines, EBZ200, in Wangzhuang mine were renovated to accelerate excavation of large-sectional roadways, improve roadway formation quality, and ensure the safety of tunneling construction. A new tunnel-anchoring-exploring machine was assembled with anchor drilling rig and water exploration rig based on the original EBZ200. The new machine has been successfully used in roadway excavation and has achieved remarkable economical and technological benefits.

tunnel-anchoring-exploring machine;excavation;support

1672-5050(2017)01-0066-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.02.020

2016-05-09

袁文丰(1982-)，男，湖北荆州人，硕士，工程师，从事煤矿技术管理工作。

TD421

A

(编辑： 薄小玲)