掘锚护一体机快速掘进技术研究与应用

王 刚

(山西焦煤霍州煤电集团公司店坪煤矿，山西 吕梁 033100)

随着矿井回采工作面装备水平及机械化采煤技术日趋成熟，掘进速度已经成为制约矿井高效开采的瓶颈，巷道准备工程滞后是煤矿实现高效、安全、可持续生产的突出矛盾。提高矿井掘进装备水平，实现减人、安全、高效掘进已经成为现实课题。为了解决这个问题，形成一套安全快速、机械化、一体化的成巷工艺技术非常必要。

1 概况

店坪煤矿10-3021巷位于830水平三采区左翼，设计全长1665m，毛断面5.0×3.1m。原来采用的气动锚杆钻机钻进速度慢，工人劳动强度大，掘进单进水平一直徘徊在220～250m/月左右，矿井的正常生产接续受到了单进水平的严重制约。

通过优化煤巷支护方案及参数，高效、快速掘进装备以及掘、锚、护一体化作业线的研究，使矿井掘进单进水平达到450m/月，满足了矿井安全、高效开采和正常生产接续。

2 合理确定锚杆支护参数

10-3021巷支护形式及参数，借鉴相邻巷道的矿压观察数据及支护经验确定。顶部采用高强锚网梁+锚索，帮部采用普通锚网梁进行支护，过构造或顶板破碎时加密支护，特殊情况另行制定专项施工安全技术措施。支护参数见图1。

（1）顶部采用Ф20×2000mm左旋螺纹高强锚杆、锚梁（钢筋焊制）、菱形网、蝶形垫片、锚索（每3m一组）进行联合支护。

（2）右帮部采用Ф16×1500mm圆钢树脂锚杆、左帮部采用Ф18×1800mm高强锚杆、锚梁（钢筋焊制）、菱形网、蝶形垫片进行联合支护。

3 掘-护-锚多功能一体机

3.1 一体机的研发

用EBZ200型综掘机升级改造为掘、锚、护一体机，更换原掘进机的截割部。山东兖煤黑豹矿业装备有限公司的含有锚护功能的截割部完全能够满足掘进、临时支护和打锚杆的功能需要，实现掘进和支护工作的快速切换，大大降低了人工劳动强度。如图2所示。

图1 10-3021巷断面布置图

图2 EBZ200A掘锚机

以掘锚机截割部作为锚杆机的工作平台，针对截割部电机特殊化设计改造使操作空间得到释放。

锚杆钻机系统可以折叠起来充分收缩，使截割部的整体尺寸与常规综掘机相比基本相同，避免了刮帮问题。两钻臂可实现整体前移、独立横向平移、横向旋转和纵向旋转，在不动掘进机情况下实现两排锚杆施工。如图3所示。

图3 截割部示意图

改进后的截割部添加了锚、护操作装置，替换了现有普通综掘机的截割部，在不改变原有综掘机其他结构的基础上，使普通综掘机升级改造为掘、锚、护多功能一体机。

3.2 一体机的特点

（1）适用于煤岩和半煤岩巷道，掘锚高度范围3.1～4.4m，巷道宽度范围3.4～5.2m的矩形及小倾角梯形巷道；

（2）锚杆钻机一次最大钻孔深度能够达到1.4m，顶板岩石单向抗压强度≤80MPa；

（3）截割部安装两个结构功能一样的机载锚杆钻机，同时配备机载临时支护装置，整机掘进开采效率提高15%以上；

（4）钻臂机构能够前后和横向伸缩，钻臂可横向、前后旋转，对孔方便，在不移动掘进机状态下，可完成顶板及左右两帮上部2根锚杆的施工作业，并可实现两排锚杆支护；

（5）锚杆钻机和综掘机的工作位置转换是通过掘锚机伸缩臂的伸缩油缸来实现的。当机组掘进时，锚护装置折叠在截割臂上方，不会干涉截割头截割作业；

（6）可直接对锚杆施加预紧力（锚杆一般要求预紧力 120～150N·m）；

（7）便于实现支护标准化作业。

图4 掘、锚、护多功能一体机

4 结语

（1）掘-护-锚多功能一体机在10-3021工作面的使用，队组单进水平由以前的平均230m提升为400m，掘进效率提高了3.54m/月/人。实现掘锚一体化作业和临时支护的机械化作业，降低职工劳动强度；

（2）有效解决了深部复杂条件下巷道综掘快速掘进难题，实现了掘锚护一体化，取得了显著的效益，具有广阔的推广应用价值。