浅谈掘锚机在煤矿快速掘进中技术应用

闫志勇++姜纳穆

摘 要：针对布尔台煤矿地质条件复杂，顶板压力大，片帮严重等特点，通过科学选用掘锚机提高单进水平，以适应现代煤矿安全、快速、持续生产的要求。

关键词：布尔台煤矿；掘进；掘锚机

中图分类号：TD421 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）20-0093-02

布尔台煤矿是中国神华能源有限公司投资、神华神东煤炭集团建设的生产能力、主运输系统提升能力、煤炭选洗加工能力世界第一的大型矿井，位于内蒙古自治区东胜煤田中部，井田面积193平方公里，可采储量20亿吨。井田内地质构造简单，共有10层可采煤层。矿井设计生产能力2000万吨/年，服务年限71.9年。

1 地质条件复杂

布尔台矿井在板块上位于鄂尔多斯台坳北部，伊蒙隆起东部，东胜复式向斜的东翼。与鄂尔多斯盆地东北部的其他矿井相比，布尔台矿煤层埋深较大，矿压显现强烈，顶、底板岩性均为砂质泥岩，顶板较破碎，底板泥化，地质构造较发育多为中小型断层，建矿至今共发现107条断层。这些断层中，切割2-2煤的有68条，4-2上煤的39条，其中大于3m的断层有20条，小于3m的断层有87条。除地质构造之外，2-2煤层整体赋存条件较差，夹矸分布范围较广，厚度较大，极大的影响了掘进单进水平。

2 提高单进水平的重要意义

当前，由于煤炭市场供大于求已成定局，需求增长长期疲软的形势决定了煤炭行业必须走内涵式增长道路，才能求生存、谋发展。努力提高单进水平不仅是走内涵式增长道路的必然要求，对布尔台煤矿而言，也是解决当前存在的，因采掘关系失衡而带来的安全隐患和增产瓶颈的极为重要的手段。

由于产量连续几年快速增长，使布尔台煤矿采掘比例严重失衡，给安全生产带来较大隐患。主要表现：一是同一盘区上下工作面回采距离过近，造成接续面矿压显现剧烈。炸帮、底鼓、顶板下沉，增加了巷道支护强度和密度，直接影响了掘进效率；二是由于地质条件复杂，支护量大，进度缓慢，掘进速度赶不上回采速度。因此，只有切实提高单进水平才是解决上述问题的唯一途径。

3 掘锚机的组成及特点

近年来，随着在煤炭开采过程中连采机的大量使用，虽然掘进速度加快，但支护速度远远跟不上，这成为制约中国地下煤炭巷道开拓效率的瓶径，导致采掘严重失调。目前，国产的连采机只具备单一的掘进功能，锚杆安装全部使用手持式单体锚杆机完成，效率低、劳动强度大，安全隐患大，锚护与掘进是各自独立的作业工序，无疑为支护作业带来诸多安全隐患。掘锚机是在连采机的基础上发展起来的掘锚一体化设备，真正实现了截割、装载、运输和锚护同步进行，全断面截割，一次成巷，从而显著提升掘进效率，确保操作人员的安全。掘锚机设有临时支护、护帮板和锚杆司机防护顶棚。临时支护设置于截割滚筒后，确保操作人员的安全和设备的稳定性；操作平台采用优化设计，配备PLC控制系统，通过遥控操作，自动控制水平位置和巷道的截割高度，掏槽与截割过程实现全自动控制；截割滚筒设计为低转速截割，并装配高压水喷雾系统和湿式除尘系统，有效抑制煤尘、稀释瓦斯。此外，锚杆机集成于掘锚机上，机载四台顶锚杆机和两台帮锚杆机，便于锚杆支护作业，使空顶距最小达到2.8米。

掘锚机的行走系统、截割系统、装载运输系统、钻锚系统和除尘系统高度集成，操作简便，仅需要1名遥控操作司机和2名锚杆机司机就可以进行掘进。掘锚机的工作过程可以分为掘进和锚护两部分，两项工作可并行作业。

4 掘进截割工艺

掘锚机就位后，司机操作遥控器将设备从行走模式转为锚杆模式，放下后稳定器，掘锚机就可以进行巷道的支护和截割同时作业，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，然后切入实体煤壁（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，装完余煤掘锚机前进1m，支护后再次将截割头调整至巷道顶板，进行下一个循环。掘锚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（见图1）。

5 支护工艺

锚杆支护作业顺序为：定位、钻眼、安装、紧固。

（1）定位。掘锚机完成一个截割循环后，将掘锚机临时支撑降下，掘锚机向前移动1米，两侧支护工站在支护完好的顶棚下用专用工具将顶网片送到临时支撑上，调整好网片放置位置，然后将临时支撑大驾撑起顶住网片，用钻杆开始定位。（2）钻眼。在钻箱上装好钻杆，操纵钻机旋转阀和给进阀，使钻头刚好顶在打眼的位置上，然后轻轻动作给进阀杆，使钻头能顶到顶板，稍微给进，钻出小窝。接着操作快速给进阀，均匀给进，然后反向给进，同时继续保持钻杆旋转，将钻杆退出。（3）安装锚杆。支护工先将钻好的钻孔内装入一根树脂药卷，用安装托盘的锚杆将树脂顶入钻孔内，锚杆支护工用专用搅拌器安在钻箱上，并将锚杆的尾部套在搅拌器上，钻箱一边搅拌一边推进。（4）紧固锚杆。待树脂凝固后，旋转钻箱紧固锚杆（注意不能给进），使其扭矩满足要求（必要时进行二次紧固），下移钻箱与钻架临时支撑，调整钻架位置。

6 科学选用

由于布尔台矿地压较大，地质条件极为恶劣，为了生产安全和提升生产效率，我们长期跟踪和测试了多种类型的掘进设备和掘进工艺，经过多年的掘进生产实践对比，我们选择了地质条件相似的连采队和掘锚队，依据2016年度的生产统计数据做如下对比：通过图2和图3的对比发现，在地质条件相近的条件下，掘锚队在1—7月份进尺较连采队高，在1、3月份掘锚队进尺超过连采队近150米，而在8—12月份月进尺较连采队低，最大幅度为120米；在3、5、6、8、12月份的进尺比较相近；全年掘锚队进尺为7456米，连采队进尺7236米，掘锚队全年总进尺比连采队高3%。

通过图4和图5的对比发现，在地质条件相近的条件下，全年掘锚机有7个月的耗材低于连采队，5个月的耗材高于连采队；掘锚机年度总耗材为152.03万元，连采队年度总耗材为294.12万元，掘锚机年度总耗材低于连采队27.69%；从全年单位进尺零件消耗来看，掘锚机也比连采队低24.26%。如果加上进口零件价格较高的因素，掘锚机的零件消耗会更低，维护工时更少。

很显然，仅从生产进尺和设备维护成本来看，掘锚队明显优于连采队。而且掘锚机的最大的优点就是空顶距离仅为2.8米，安全性高，同时掘进与锚护同步作业，完全杜绝了冒顶、片帮等危险因素，可实现全断面截割，一次成巷，不仅安全，而且显着提高了开拓效率。而连采机按照现有的掘进工艺：连采机掘进6米之后，就得退出巷外，锚杆机再进去支护锚杆作业，由于锚杆机是空顶作业，危险性极大。

从人力成本上看，连采队掘进生产单班需要7人；而掘锚机掘进生产单班需要6人；掘锚机自动化程度高，落煤少，矿工的劳动强度低，相反连采机掘进生产时巷道成型难度大，落煤多，矿工的劳动强度高；更重要的是掘锚机将掘进和支护设备合二为一，简化了供电和设备的管理，缩小了掘进生产的活动场地，为安全生产提供了更优的条件。

掘锚机虽然能够实现掘进与锚护同步作业，但是不能实现顶、帮同时支护。如果加大顶锚杆机与帮锚杆机之间的距离或者在机身后两侧再加两台锚杆机，实现顶锚、帮锚的同步支护，就能消除掘、支时间差距，从而提高掘进效率。

7 结语

据上所述，从生产安全、掘進效率和成本管理上综合分析，布尔台煤矿掘进生产选用掘锚机较选用其他掘进设备更为安全、高效。预期可在3年内转变采掘接续紧张问题，同时，现役的6支掘进队伍减少至4支也能满足生产需求，结合现有配套设备，通过精益管理方法合理安排生产组织、技能培训等方面的工作，达到“人—机—环—管”和谐统一，从而保障采、掘平衡，实现矿井可持续发展。

参考文献

[1]《布尔台矿煤田勘探报告》附表四.

[2]《煤矿安全规程》专家解读井工部分——中国矿业大学出版社发.

[3]《布尔台矿煤生产统计报表》.endprint