煤巷掘锚一体机化快速掘进技术与应用分析

党文佳

【摘  要】煤巷掘锚一体机化的快速掘进技术和应用问题受到社会各界的关注与重视。掘锚一体机就是将掘进和支护结合起来，在一个机器上同时完成割煤和顶帮锚网支护，具有掘锚平行作业、单个循环进尺占用时间少等特点。尽管我国已经拥有了很多的液压锚杆钻机与掘进机的一体化技术，但是这些技术都还不够成熟，因此，本文主要对掘锚一体技术发展进行了简单的阐述。

【关键词】掘锚一体化技术;煤巷锚杆机;快速掘进技术

引言

近年来煤矿掘进的发展越来越快，煤矿锚杆支护通常采用的都是气动支腿式锚杆钻机，气动支腿式锚杆钻机支护在整个掘进过程中所用的时间最长，所以选择最佳的锚杆支护方式可以很大程度地提高煤巷掘进的效率。掘锚一体化技术不仅可以提高锚杆预紧力，而且还可以适当地降低挠度强度和锚杆支护的密度，该技术是未来煤矿巷道掘进发展的必然趋势。

1.当前我国掘锚一体技术发展的现状

我国的锚杆支护技术相比于国外而言，起步晚了十年左右，我国是在20世纪50年代才将锚杆支护技术引入到巷道围岩中，锚杆支护技术在20世纪70年代才开始正式地发展，我国当前的巷道锚杆支护主要采用的工具是气动支腿式锚杆钻机。我国煤矿使用的典型掘锚一体机的形式主要有以下四种。

1.1单臂式掘锚一体机

单臂式掘锚一体机结构内部只安装了一台液压锚杆钻机。单臂式掘锚一体机不仅结构简单、易于操作，而且故障点也比较少，但是这种形式的掘锚一体机的效率极低，因为这种掘锚一体机在进行掘锚作业的时候只有一台液压锚杆钻机，导致其工作效率远低于当前的气动支腿式锚杆钻机，所以单臂式掘锚一体机很难被普及到巷道锚杆支护作业中，因此施工单位通常在掘锚作业时基本上都不会选择这种形式的掘锚一体机。

1.2截割部两侧分别安装一台液压锚杆钻机

第二种形式的掘锚一体机是在截割部两侧都安置了一台液压锚杆钻机。这种形式的掘锚一体机的工作原理是先利用截割部的摆动找到锚杆机的位置，然后再在截割部的上侧安装一个临时支护装置，这样掘锚一体机在掘锚支护的时候就会将临时支护装置顶在顶板上。由于双臂式掘锚一体机必须在工作人员位于截割部附近的时候才能进行锚杆支护，所以会对工作人员的人身安全造成极大地威胁，最终导致双臂式掘锚一体机也不能被广泛应用到巷道锚杆支护作业中。

2.掘锚一体机的技术要求

2.1安全方面的技术要求

考虑掘锚一体机安全问题的时候需要注意以下三个方面：

（1）掘锚一体机在进行锚杆支护的时候只能运行泵站电机，必须停止其他所有的功能;（2）科学、合理的设置工作人员掘锚的位置，切忌裸露在掘锚一体机的前端，借助掘锚一体机本身对工作人员进行保护;（3）保证临时支护功能不会受到影响，避免冒顶的现象发生。

2.2效率方面的技术要求

掘锚一体机至少要有两台液压锚杆钻机才能保证掘进的效率不会太低。目前我国的煤矿锚杆支护作业中采用的气动支腿式锚杆机都会选择2至4台液压锚杆机，这不仅可以有效地提高掘进机的工作效率，而且还可以提高掘锚一体机在市场中的竞争力。一台掘锚一体机安装2至3台液压锚杆机是最合理的，因为2至3台液压锚杆机既能保证巷道的尺寸不会全部被掘锚一体机占用，而且也不会影响液压锚杆机的布置。

其次，液压锚杆机应该选择大扭转类型。如果锚杆支护的顶板的强度较大，采用大扭转液压锚杆机可以更顺利的完成锚杆支护作业。如果锚杆支护时所使用的锚杆的强度较高，采用大扭转液压锚杆机不仅可以为锚杆支护提供足够的预紧力，而且还可以相应地降低锚杆支护的密度，最终使掘锚一体机的工作效率大幅度地提高。

2.3适应性方面的技术要求

最后掘锚一体机还需要考虑其适应性，考虑适应性的时候注意以下四个方面：

（1）掘锚一体机需要适应巷道尺寸在一定范围内发生波动;（2）将掘锚一体机安置在掘进机和巷道间，同时还需要考虑锚杆和锚索外露的部分，此外还要保证工作人员不会干涉掘进机本身的当作;（3）保证工作人员的视线不会受到掘进机的影响，保证掘进机能够正常的运行;（4）掘锚一体机的控制方面应该以手动控制为主，虽然井下遥控控制在掘锚一体机控制方面已经得到了一定的应用，但是遥控器的信号经常会出现不稳定且操作不灵活的现象。

2.4案例分析

（1）工程概况。试验地点为金庄煤矿8404工作面2404运输巷，8404工作面为金庄煤矿北四盘区的首采工作面，2404运输巷沿3-5号煤层底板掘进，巷道宽5.5m，高3.6m，掘进断面积为19.8m2。巷道长度为4175m，埋深约300m。

（2）现场对快速掘进工艺的优化。为了加快掘进速度，对现场的掘进、支护工艺及系统进行了优化。①②根据掘锚机的结构特点，提出顶板和帮部锚杆空间不成排的支护体系;掘锚机正规循环作业时，循环进尺为1000mm，设计的锚杆排距为1000mm，但是顶锚杆机和帮锚杆机的固定间距为1300mm，这样顶锚杆和帮锚杆难以实现一次对齐。现场施工中再进一个循环进尺1000mm，此时帮锚杆滞后3排顶锚杆（2m），然后退机组，后退距离为700mm，开始滞后第3排的帮锚杆的施工，实现了顶部和帮部锚杆的对齐成排。经现場统计，退机组这道工序时间大约为9min，如果把这道工序省略，使帮部锚杆空间上滞后顶部锚杆300mm，这样帮锚杆可以紧跟顶锚杆施工，仅滞后顶锚杆一排，可以实现帮部的及时支护，有助于防止片帮发生。为了对比顶帮锚杆对齐和顶帮锚杆相差300mm的支护应力场分布，使用FLAC3D软件进行模拟。在对齐情况下的最大主应力为0.0354MPa，在相差300 mm情况下的最大主应力为0.0343 MPa，产生的原因为对齐情况下帮部锚杆的应力场会和顶部锚杆的应力场产生叠加，叠加后的强度略大，但对整体的影响不大。通过分析，由于掘锚机自身结构的原因，帮锚杆机与顶锚杆机相差1300mm。如果顶帮锚杆相差300 mm，不仅可以省去退机组工序，实现快速掘进;还可以在现有基础上对帮部实现及时支护。②对现有操作工序进行了优化。从现场统计操作工序时间来看，割煤需要7.8 min，升顶梁、铺顶网需要5.2 min，顶板支护需要23.2 min，帮部支护需要9.0 min，共需要45.2 min。最耗时的工序为支护，发现其中的主要原因是顶、帮锚杆机的衔接不当，可利用顶板孔锚固剂固化时间，进行帮部钻孔的施工，通过紧密衔接作业后，可减少其中一个钻孔的时间。为减小顶板支护与割煤时间差，应选择高强度（500 MPa）锚杆，实现高预紧力（300 Nm）锚杆支护，以降低间排距，充分发挥掘锚机的割煤速度快、支护较慢的性能优势。

通过构建连续的"掘—支—运"系统、提出顶板和帮部锚杆空间不成排的支护体系、改进支护材料、优化操作工序，从而整体提升了掘进速度。通过采用高强度锚杆、高预紧力短锚索技术，实现了特厚煤层的快速高效支护。

3.结束语

掘锚一体机的发展不仅对掘进工艺的要求十分严格，而且还需要不断地改进掘进机。井下遥控技术的不断完善和电液比例控制的普及使得遥控控制在掘锚一体机控制方面发挥的作用更加明显。在掘锚一体机的控制方面，科学、合理的利用智能控制技术既能有效的提高掘锚一体机的自动化程度，也能适当地加快锚杆支护作业的速度。液压锚杆钻机是整个掘锚一体机的核心部分，所以需要高度重视液压锚杆钻机技术的发展。

参考文献

[1]任瑞平;煤巷掘锚一体机化快速掘进技术与应用分析[]：神华科技：2018年07期

[2]郝文印：：大断面煤 巷快速掘进支护技术研究刀：煤矿现代化：201 8年05期

[3]张东宝：煤巷智能快速掘进技术发展现状与关键技术[凹]：煤炭I程：2018年05期